Anforderungen An Spektrum-Analysatoren; Frequenzmessung; Stabilität; Auflösung - Hameg HM5510 Mode D'emploi

rigen Signalpegeln bewirken können. Derartige Fehler ent-
stehen, wenn die Messzeit nicht die Erfordernisse der vom
ZF-Filter und/oder Video-Filter benötigten Einschwingzeit er-
füllt. Die Messzeit zu kurz ist. Mit der UNCAL.-Anzeige wer-
den derartige Bedingungen signalisiert.

Anforderungen an Spektrum-Analysatoren

Die verschiedenen Einsatzgebiete der Spektrum-Analysato-
ren erfordern von diesen Geräten vielfältige Eigenschaften,
die sich zum Teil untereinander ausschließen oder sich nur
durch großen Aufwand zusammenfassen lassen. Das An-
wendungsgebiet der Spektrum-Analysatoren liegt vor allen
Dingen dort, wo die Genauigkeit und das zeitliche Auflösungs-
vermögen sowie die geringe Dynamik des Oszilloskopes bei
der Signalanalyse nicht mehr ausreichen. Dabei stehen gro-
ßer Frequenzabstimmbereich, Filteranforderungen zwischen
extrem schmalbandig und „full span" - Darstellung sowie
hohe Eingangsempfindlichkeit nicht unbedingt im Gegensatz
zueinander. Sie lassen sich jedoch zusammen mit hoher Auf-
lösung, großer Stabilität, möglichst geradem Frequenzgang
und geringem Eigenklirrfaktor meist nur unter großem Auf-
wand realisieren.

Frequenzmessung

Spektrum-Analysatoren ermöglichen Frequenzmessungen im
SPAN-Betrieb und bei abgeschaltetem SPAN (Zero-SPAN) im
Zeitbereich. In der Betriebsart SPAN kann der gesamte nutz-
bare Frequenzbereich mit ,,full span" (SPAN: 1000 MHz) be-
trachtet und die Frequenz eines Signals grob bestimmt wer-
den. Anschließend kann diese Frequenz als CENTER FREQ.
vorgegeben und die Signaldarstellung mit geringerem SPAN
vorgenommen werden. Je kleiner der SPAN und die Auf-
lösungsbandbreite (RBW) sind, umso höher ist die
Frequenzmessgenauigkeit, da sich dann die Anzeige- und
MARKER-Genauigkeit erhöhen (RBW). Bei ,,Zero Span" und
kleinster Auflösungsbandbreite genügt es, das Signal, welches
unmoduliert als waagerechte, konstante Linie angezeigt wird,
mit dem CENTER FREQ.-Einsteller auf maximalen Pegel einzu-
stellen und die Frequenz abzulesen. Dabei arbeitet der Analysa-
tor als ein auf eine diskrete Frequenz abgestimmter Empfänger
mit wählbaren Bandbreiten.
Stabilität
Es ist wichtig, dass der Spektrum-Analysator eine größere
Frequenzstabilität besitzt als das Signal, das untersucht wer-
den soll. Die Frequenzstabilität ist abhängig von der Stabilität
der Umsetz-Oszillatoren (1.LO). Dabei wird zwischen Kurz-
zeit- und Langzeitstabilität unterschieden. Ein Maß für die
Kurzzeit-Stabilität ist die Rest-FM. Rauschseitenbänder sind
ein Maß für die spektrale Reinheit der (1.LO) Local-Oszillato-
ren und gehen ebenfalls in die Kurzzeit-Stabilität eines Spek-
trum-Analysators ein. Sie werden spezifiziert durch die Dämp-
fung in dB und dem Abstand in Hz, bezogen auf das zu unter-
suchende Signal bei einer bestimmten Filterbandbreite. Die
Langzeit-Stabilität eines Spektrum-Analysators wird überwie-
gend durch die Frequenzdrift des Umsetz-Oszillators (LO) be-
stimmt. Sie ist ein Maß dafür, um wie viel die Frequenz sich
innerhalb bestimmter Zeitbereiche ändert.
A n f o r d e r u n g e n a n S p e k t r u m - A n a l y s a t o r e n
Auflösung
Bevor die Frequenz eines Signals mit dem Spektrum-Analy-
sator gemessen werden kann, muss dieses Signal ermittelt
bzw. aufgelöst werden. Auflösung heißt dabei, es muss von
benachbarten Signalen im zu untersuchenden Spektrum un-
terschieden werden. Diese Möglichkeit ist eine entscheiden-
de Voraussetzung für viele Applikationen mit dem Spektrum-
Analysator und wird grundsätzlich, neben anderen Faktoren,
durch dessen kleinste ZF-Filterbandbreite bestimmt. Wichti-
ge Kennwerte für die Trennbarkeit zweier benachbarter Spek-
trallinien, mit stark unterschiedlicher Amplitude, sind die
Bandbreite und die Flankensteilheit der ZF-Filter. Die Band-
breite wird als Frequenz angegeben, bei der der Signalpegel
gegenüber der Mittenfrequenz um 3dB abgefallen ist. Das Ver-
hältnis der 60dB-Bandbreite zur 3dB-Bandbreite wird als
Formfaktor bezeichnet.
Je kleiner der Formfaktor desto besser die Fähig-
keit des Spektrum-Analysators eng benachbarte
Signale zu trennen. Ist z.B. der Formfaktor eines
STOP
Filters im Spektrum-Analysator 15:1, dann müs-
sen zwei in der Amplitude um 60 dB unterschied-
liche Signale sich in der Frequenz mindestens um
den Faktor 7,5 der ZF-Filterbandbreite unterschei-
den, um einzeln erkennbar zu sein. Andernfalls
erscheinen sie als ein Signal auf dem Bildschirm.
TiPP
Der Formfaktor ist jedoch nicht der allein bestimmende Fak-
tor zur Unterscheidung zweier eng benachbarter Signale mit
unterschiedlicher Amplitude. Ebenso wird die Trennbarkeit
durch die Rest-FM und die spektrale Reinheit der internen
Oszillatoren beeinflusst. Diese erzeugen Rausch-Seitenbänder
und verschlechtern dadurch die erreichbare Auflösung.
Rausch-Seitenbänder werden im Bereich der Basis der ZF-
Filter sichtbar und verschlechtern die Sperrbereichs-Dämp-
fung der ZF-Filter.
Ist die kleinste ZF-Bandbreite z.B. 20 kHz, dann ist der kleinste
Frequenzabstand, um zwei Spektrallinien voneinander zu tren-
nen, ebenfalls 20 kHz. Dies ist deshalb der Fall, weil der Spek-
trum-Analysator seine eigene ZF-Filterkurve darstellt, wenn
er ein Signal im Spektrum detektiert. Da die Auflösung des
Spektrum-Analysators durch seine ZF-Filterbandbreite be-
stimmt wird, könnte man annehmen, dass bei unendlich
schmaler Filterbandbreite auch eine unendlich hohe Auflö-
sung erzielt werden kann. Die Einschränkung ist dabei, dass
die nutzbare ZF-Bandbreite durch die Stabilität des Spektrum-
Analysators (Rest-FM) begrenzt wird. Dies bedeutet, dass bei
einer Rest-FM des Spektrum-Analysators von z.B. 20 kHz, die
kleinste sinnvolle ZF-Bandbreite, die verwendet werden kann
um ein einzelnes 20 kHz-Signal zu bestimmen, ebenfalls
20 kHz ist. Ein schmalbandigeres ZF-Filter würde in diesem
Fall mehr als eine Spektrallinie auf dem Bildschirm abbilden,
oder ein jitterndes Bild (je nach Wobbelgeschwindigkeit) oder
ein nur zum Teil geschriebenes Bild erzeugen.
Außerdem besteht eine weitere praktische Einschränkung für
die schmalste Filterbandbreite: Die Abtast- oder Scan-Ge-
schwindigkeit im Verhältnis zur gewählten Filterbandbreite.
Es gilt: je schmaler die Filterbandbreite, desto geringer muss
die Scangeschwindigkeit sein, um dem Filter ein korrektes
Einschwingen zu ermöglichen. Wird die Scangeschwindigkeit
zu groß gewählt, d.h. die Filter sind u.U. noch nicht einge-
schwungen, so resultiert dies in unkorrekter Amplituden-
darstellung des Spektrums. Die einzelnen Spektrallinien wer-
den dann mit zu niedriger Amplitude dargestellt. Auf diese
Weise sind praktische Grenzen für die kleinste ZF-Filter-
bandbreite gesetzt.
13
Änderungen vorbehalten