Anforderungen An Spektrumanalysatoren; Frequenzmessung; Stabilität; Aufl Ösung - Hameg Instruments HM5510 Manuel

entstehen, 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 werden
derartige Bedingungen signalisiert.

Anforderungen an Spektrumanalysatoren

Die verschiedenen Einsatzgebiete der Spektrumanalysato-
ren erfordern von diesen Geräten vielfältige Eigenschaften,
die sich zum Teil untereinander ausschließen oder sich nur
durch großen Aufwand zusammenfassen lassen. Das Anwen-
dungsgebiet der Spektrumanalysatoren liegt vor allen Dingen
dort, wo die Genauigkeit und das zeitliche Aufl ösungsver-
mögen sowie die geringe Dynamik des Oszilloskopes bei der
Signalanalyse nicht mehr ausreichen. Dabei stehen großer
Frequenzabstimmbereich, Filteranforderungen zwischen
extrem schmalbandig und „full span" - Darstellung sowie
hohe Eingangsempfi ndlichkeit nicht unbedingt im Gegensatz
zueinander. Sie lassen sich jedoch zusammen mit hoher
Aufl ösung, großer Stabilität, möglichst geradem Frequenz-
gang und geringem Eigenklirrfaktor meist nur unter großem
Aufwand realisieren.

Frequenzmessung

Spektrumanalysatoren ermöglichen Frequenzmessungen im
SPAN-Betrieb und bei abgeschaltetem SPAN (Zero-SPAN)
im Zeitbereich. In der Betriebsart SPAN kann der gesamte
nutzbare Frequenzbereich mit ,,full span" (SPAN: 1000 MHz)
betrachtet und die Frequenz eines Signals grob bestimmt
werden. Anschließend kann diese Frequenz als CENTER
FREQ. vorgegeben und die Signaldarstellung mit geringe-
rem SPAN vorgenommen werden. Je kleiner der SPAN und
die Aufl ösungsbandbreite (RBW) sind, umso höher ist die
Frequenzmessgenauigkeit, da sich dann die Anzeige- und
MARKER-Genauigkeit erhöhen (RBW). Bei ,,Zero Span" und
kleinster Aufl ösungsbandbreite genügt es, das Signal, welches
unmoduliert als waagerechte, konstante Linie angezeigt wird,
mit dem CENTER FREQ.-Einsteller auf maximalen Pegel
einzustellen und die Frequenz abzulesen. Dabei arbeitet der
Analysator als ein auf eine diskrete Frequenz abgestimmter
Empfänger mit wählbaren Bandbreiten.
Stabilität
Es ist wichtig, dass der Spektrumanalysator eine größere
Frequenzstabilität besitzt als das Signal, das untersucht
werden soll. Die Frequenzstabilität ist abhängig von der Sta-
bilität der Umsetz-Oszillatoren (1.LO). Dabei wird zwischen
Kurzzeit- 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-Os-
zillatoren und gehen ebenfalls in die Kurzzeit-Stabilität eines
Spektrumanalysators ein. Sie werden spezifi ziert durch die
Dämpfung in dB und dem Abstand in Hz, bezogen auf das zu
untersuchende Signal bei einer bestimmten Filterbandbreite.
Die Langzeit-Stabilität eines Spektrumanalysators wird über-
wiegend durch die Frequenzdrift des Umsetz-Oszillators (LO)
bestimmt. 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
Aufl ösung
Bevor die Frequenz eines Signals mit dem Spektrumanaly-
sator gemessen werden kann, muss dieses Signal ermittelt
bzw. aufgelöst werden. Aufl ösung heißt dabei, es muss von
benachbarten Signalen im zu untersuchenden Spektrum un-
terschieden werden. Diese Möglichkeit ist eine entscheidende
Voraussetzung für viele Applikationen mit dem Spektrum-
analysator und wird grundsätzlich, neben anderen Faktoren,
durch dessen kleinste ZF-Filterbandbreite bestimmt. Wichtige
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 3 dB abgefallen ist. Das
Verhältnis der 60 dB-Bandbreite zur 3 dB-Bandbreite wird als
Formfaktor bezeichnet.
Je kleiner der Formfaktor desto besser die Fähig-
keit des Spektrumanalysators eng benachbarte
Signale zu trennen. Ist z.B. der Formfaktor eines
STOP
Filters im Spektrumanalysator 15:1, dann müssen
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
TiPP erscheinen sie als ein Signal auf dem Bildschirm.
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 beeinfl usst. Diese erzeugen Rausch-Seitenbän-
der und verschlechtern dadurch die erreichbare Aufl ösung.
Rausch-Seitenbänder werden im Bereich der Basis der ZF-Fil-
ter sichtbar und verschlechtern die Sperrbereichs-Dämpfung
der ZF-Filter.
Ist die kleinste ZF-Bandbreite z.B. 20 kHz, dann ist der klein-
ste Frequenzabstand, um zwei Spektrallinien voneinander zu
trennen, ebenfalls 20 kHz. Dies ist deshalb der Fall, weil der
Spektrumanalysator seine eigene ZF-Filterkurve darstellt,
wenn er ein Signal im Spektrum detektiert. Da die Aufl ösung
des Spektrumanalysators durch seine ZF-Filterbandbreite
bestimmt wird, könnte man annehmen, dass bei unendlich
schmaler Filterbandbreite auch eine unendlich hohe Aufl ö-
sung erzielt werden kann. Die Einschränkung ist dabei, dass
die nutzbare ZF-Bandbreite durch die Stabilität des Spektru-
manalysators (Rest-FM) begrenzt wird. Dies bedeutet, dass
bei einer Rest-FM des Spektrumanalysators 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 Amplitudendar-
stellung des Spektrums. Die einzelnen Spektrallinien werden
dann mit zu niedriger Amplitude dargestellt. Auf diese Weise
sind praktische Grenzen für die kleinste ZF-Filterbandbreite
gesetzt.
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