Ihr Spezialist für Mess- und Prüfgeräte MESSTECHNIK MESSTECHNIK // // TEC TEC DATES DATES So funktioniert ein Spektrumanalysator Spektrumanalyse Spektrumanalyse Teil Teil 2: 2: Wir Wir zeigen, zeigen, wie wie ein ein Spektrumanalysator Spektrumanalysator funktifunktioniert. Dazu gehen wir auf die Display-Einteilung oniert. Dazu gehen wir auf die Display-Einteilung ein ein und und erklären erklären den den Hochfrequenzabschwächer Hochfrequenzabschwächer sowie sowie das das Tiefpassfilter. Tiefpassfilter. KLAUS HÖING HÖING ** KLAUS I m ersten ersten Teil Teil (Heft (Heft 16, 16, Seite Seite 24) 24) hatten hatten wir wir m die die Grundlagen Grundlagen der der Spektrumanalyse Spektrumanalyse bebeschrieben. schrieben. Jetzt Jetzt gehen gehen wir wir auf auf die die FunktiFunktion eines eines Spektrumanalysators Spektrumanalysators ein ein und und erkläerkläon ren ren die die einzelnen einzelnen Blöcke Blöcke des des BlockschaltBlockschaltbilds bilds (Bild (Bild 1) 1) eines eines Superheterodyn-SpektruSuperheterodyn-Spektrumanalysators. Es Es sei sei angemerkt, angemerkt, dass dass durch durch manalysators. moderne moderne ICs, ICs, Software Software und und digitale digitale Technik Technik wesentlich wesentlich mehr mehr ergänzende ergänzende Messungen Messungen möglich möglich sind. sind. Der Der Begriff Begriff Super Super steht steht für für Superaudio, Superaudio, also Frequenzen Frequenzen oberhalb oberhalb des des AudiobereiAudiobereialso ches ches und und der der Begriff Begriff Heterodyne Heterodyne steht steht für für das das Mischen, in dem das Eingangssignal Mischen, in dem das Eingangssignal nach nach den beiden beiden Stufen Stufen HF-Eingangsabschwächer HF-Eingangsabschwächer den und und dem dem Preselektor Preselektor zusammen zusammen mit mit dem dem Ausganssignal des Lokaloszillators Ausganssignal des Lokaloszillators (LO) (LO) gege- ** Klaus Höing Klaus Höing ... ist ist für für die die Öffentlichkeitsarbeit Öffentlichkeitsarbeit bei bei ... dem Messtechnik-Distributor Messtechnik-Distributor dataTec dataTec dem in Reutlingen Reutlingen zuständig. zuständig. in mischt wird. wird. Werden Werden beide beide Frequenzen Frequenzen mitmitmischt einander einander multipliziert, multipliziert, also also das das Produkt Produkt von von zwei zwei trigonometrischen trigonometrischen Funktionen Funktionen (Formel (Formel 1) gebildet, gebildet, e entsteht ntsteht ein ein Mischprodukt Mischprodukt (For(For1) mel mel 2) 2) mit mit einer einer Frequenz. Frequenz. sin(ω × t ) × sin(ωLO × t ) ωe × = sin( ff = e t ) × sin(ωLO × t ) 1 1 11 = LO ))tt ]] − LO ))tt ]] = 2 cos[( cos[(ω +ω − 2 cos[( cos[(ω −ω ωee + ωLO ωee − ωLO 2 2 ffu = fe − fLO und fo = fe + fLO mit ωx = 2π fx u = fe − fLO und fo = fe + fLO mit ωx = 2π fx Nachdem Nachdem ein ein Mischer Mischer kein kein lineares lineares BauBauelement ist, ist, werden werden nicht nicht nur nur die die beiden beiden element gewollten gewollten Frequenzen Frequenzen ffuu und und ffoo am am Ausgang Ausgang sichtbar, sondern auch ihre Harmonische sichtbar, sondern auch ihre Harmonische und die die Harmonische Harmonische der der Grundwellen. Grundwellen. Fällt Fällt und eines eines der der Harmonischen Harmonischen Mischprodukte Mischprodukte in in das das Zwischenfrequenzband, Zwischenfrequenzband, kann kann es es vom vom ZF-Filter nicht nicht mehr mehr ausgefiltert ausgefiltert werden. werden. DaDaZF-Filter zu zu wird wird es es zusammen zusammen mit mit dem dem Nutzsignal Nutzsignal im im weiteren weiteren Signalpfad Signalpfad verarbeitet, verarbeitet, mit mit einem einem logarithmischen Verstärker Verstärker bewertet, bewertet, im im logarithmischen Hüllkurvengleichrichter Hüllkurvengleichrichter gleichgerichtet gleichgerichtet und und dem nachfolgenden nachfolgenden Video-Tiefpassfilter Video-Tiefpassfilter gegedem Bilder: Bilder:Keysight KeysightTechnologies/dataTec Technologies/dataTec Spektrumanalyse: Im Im zweiten zweiten Teil Teil unserer unserer Serie Serie Spektrumanalyse: beschreiben beschreiben wir, wir, wie wie ein ein SpektrumSpektrumanalysator analysator funktioniert. funktioniert. filtert, um um dann dann letztlich letztlich im im dargestellten dargestellten filtert, Messergebnis Messergebnis als als Fehlerkomponente Fehlerkomponente mit mit zur zur Anzeige gebracht zu werden. Anzeige gebracht zu werden. Im dritten dritten Teil Teil der der Serie Serie zeigen zeigen wir wir dann, dann, Im wie wie der der Spektrumanalysator Spektrumanalysator abgestimmt abgestimmt wird. wird. Dazu Dazu muss muss zu zu jedem jedem EingangsfreEingangsfrequenzbereich auch auch eine eine passende passende Frequenz Frequenz quenzbereich des des Lokaloszillators Lokaloszillators (LO) (LO) gemischt gemischt werden. werden. Der Der Rampengenerator Rampengenerator erzeugt erzeugt den den horizonhorizontalen, talen, frequenzsynchronen frequenzsynchronen Ablauf Ablauf der der FreFrequenzdarstellung mit der synchronen quenzdarstellung mit der synchronen VerVeränderung des des LO. LO. Das Das Blockschaltbild Blockschaltbild des des änderung Spektrumanalysators Spektrumanalysators ähnelt ähnelt sehr sehr stakt stakt eieinem nem AM-Superheterodyne AM-Superheterodyne ÜberlagerungsÜberlagerungsempfänger mit mit dem dem Unterschied, Unterschied, dass dass dieser dieser empfänger statt statt einem einem Display Display e einen inen Lautsprecher Lautsprecher bebesitzt. sitzt. Wie Wie die die Einstellungen Einstellungen am am Display Display erfolgen erfolgen Displays verfügen verfügen typischerweise typischerweise über über ein ein Displays x-y-Gitternetz x-y-Gitternetz mit mit jeweils jeweils 10 10 Unterteilungen. Unterteilungen. Die x-Achse x-Achse unterliegt unterliegt einem einem linearen linearen MaßMaßDie stab, stab, der der den den angezeigten angezeigten Frequenzbereich Frequenzbereich darstellt. darstellt. Die Die Einstellung Einstellung des des FrequenzbereiFrequenzbereiches erfolgt erfolgt in in zwei zwei unterschiedlichen unterschiedlichen SchritSchritches ten: ten: Eine Eine Möglichkeit Möglichkeit ist, ist, in in dem dem man man im im ersten ersten Schritt Schritt die die Mittenfrequenz Mittenfrequenz einstellt einstellt und im im zweiten zweiten Schritt Schritt den den Span, Span, also also die die und eigentliche eigentliche Bandbreite Bandbreite über über die die 10 10 KästKästchen. chen. Ein Ein Beispiel: Beispiel: Mittenfrequenz Mittenfrequenz bei bei 1,5 1,5 GHz, Span Span 11 GHz GHz bedeutet bedeutet linker linker DisplayDisplayGHz, rand rand 11 GHz, GHz, rechter rechter Displayrand Displayrand 22 GHz. GHz. Diese Einstellungen Diese Einstellungen sind sind unabhängig unabhängig voneinander. voneinander. Wird Wird die die Mittenfrequenz Mittenfrequenz geändert, bleibt der Span geändert, bleibt der Span erhalten. erhalten. Auch Auch so könnte könnte über über einen einen weiteren weiteren FrequenzFrequenzso bereich rfolgen, bereich hinweg hinweg Messungen Messungen e e rfolgen, wenn die Mittenfrequenz beispielsweise wenn die Mittenfrequenz beispielsweise auf 2,5 2,5 GHz GHz erhöht erhöht wird. wird. Bei Bei der der anderen anderen auf Einstellart Einstellart wird wird der der dargestellte dargestellte FrequenzFrequenzbereich bereich über über die die Start-Frequenz Start-Frequenz (linker (linker Bildrand) und und die die Stop-Frequenz Stop-Frequenz (rechter (rechter Bildrand) Bildrand) Bildrand) bestimmt. bestimmt. Meist Meist wird wird die die Art Art der der Einstellung auch am Bildrand unter Einstellung auch am Bildrand unter der der x-Achse x-Achse angezeigt angezeigt (links: (links: CenterCenter- oder oder dataTec ▪ Ferdinand-Lassalle-Str. 52 ▪ 72770 Reutlingen ▪ Tel. 07121 / 51 50 50 ▪ Fax 07121 / 51 50 10 ▪ [email protected] ▪ www.datatec.de 58 58 ELEKTRONIKPRAXIS ELEKTRONIKPRAXIS Nr. Nr. 18 18 2 24.9.2015 4.9.2015 Ihr Spezialist für Mess- und Prüfgeräte MESSTECHNIK // TEC DATES Ulog = 20 lg U1 [dBm ] 1V Sowohl im linearen und logarithmischen Skalenbereich wird festgelegt, welchen Referenzwert die oberste Gitterlinie repräsentiert. Sie ist der Bezugspunkt, um Spannungswerte bzw. Leistungswerte abzulesen. Dadurch lässt sich der absolute Wert eines Signals oder die Signaldifferenz von zwei Amplitudenwerten ermitteln. Mit Markern lassen sich Amplitude und Frequenz bzw. Differenzwerte von zwei unterschiedlichen Signalen leichter ablesen. Das Bild 4 im 1. Teil zeigt eine typische Display-Darstellung. Die erste Baugruppe, die das Eingangssignal Bild 1: Das Blockschaltbild zeigt einen Swept-Tuned-Superheterodyne-Analysator. Die einzelnen Blöcke werden im Text näher erläutert. durchläuft, ist der Eingangsabschwächer. Er verhindert, dass die folgenden Baugruppen und der Mischer überlastet werden (Bild1). Ziel ist es, dass der Mischer im optimalen, linearen Bereich angesteuert wird und dass damit Verstärkungskomprimierungen an den Linearitätsgrenzen und damit Verzerrungen des zu messenden Signals verhindert werden. Zum Schutz des Mischereingangs sollte der Abschwächer auf die höchste Abschwächung gestellt werden, bevor das Signal an den Analysator gelegt wird. Viele Analysatoren besitzen im Eingangssignalpfad eine serielle Kapazität, um einen DC-Anteil eines Signals zu unterdrücken. Damit lässt sich der lineare Bereich des Mischers optimaler nutzen. Der Kondensator begrenzt die minimale Frequenz, die vom Analysator verarbeitet werden kann. Je nach Analysator beträgt sie entweder 9 oder 100 kHz bis 1 MHz.. Bei einigen Geräten lässt sich der Eingang kalibrieren, indem ein Referenzsignal auf diesen gegeben wird, um dann anschließend den Amplituden-Referenzwert am oberen Bildrand genau festzulegen. Die Aufgabe eines Tiefpassfilters Das Tiefpassfilter blockt sämtliche Hochfrequenzsignale vor dem Mischer ab. Signale außerhalb des zu messenden Bandes bleiben dann außen vor. Mit der LO-Frequenz würden unerwünschte Mischprodukte produziert, die im Durchlassbereich des nachfolgenden Zwischenfrequenzbandfilters liegen und nicht unterdrückt werden könnten und Messfehler verursachen würde. Bei Mikrowellen-Spektrumanalysatoren wird das Tiefpassfilter durch ein abstimmbares Filter ersetzt, das alle Frequenzen unterdrückt, ausgenommen die untersuchten Frequenzen. // HEH dataTec +49(0)7121 515010 SIE testen - WIR zertifizieren Unsere Kunden sparen bis zu 40% jährlich verglichen zu konkurrierenden Programmen. Datenakzeptanz-Programm „SatelliteTM“ Mit SatelliteTM bietet Intertek der Licht- und Leuchten-Industrie seit Jahren die Kontrolle über deren Produktzertifizierungsprogramm, Marktzugang und Flexibilität. Änderungen und Irrtümer vorbehalten. dataTec 28-08-2015 | Elektronik Praxis (S. 58-59) | 18/2015 Start-, rechts: Span oder Stop-Frequenz). Unabhängig von der Einstellart, können jeweils der absolute Frequenzwert jeder Schwingung und auch die Frequenzdifferenz zweier Schwingungen bestimmt werden. Die y-Achse ist in Amplitudenwerten kalibriert, wobei diese Werte in Spannung mit einem linearen Maßstab oder in dB mit einem logarithmischen Maßstab angezeigt werden. Der logarithmische Maßstab ist allerdings gebräuchlicher. Vorteil der logarithmischen Darstellung ist, dass sehr kleine Werte deutlicher gegenüber großen Signalpegeln hervortreten. Im linearen Maßstab entspricht der Wertebereich beispielsweise für Spannungsverhältnisse von 3200 bis 105 auf der logarithmischen Skala von 70 dB bis 100 dB; für Leistungen ist der Bereich 70 bis 100 dBm ein Leistungsverhältnis von 107 bis 1010 entsprechend den beiden Gleichungen jeweils für Leistungen und für Spannungen: P1 [dB ] Plog = 10 lg 1mW NEU: Intertek LITE Akademie Level 4 SIE erstellen den kompletten Report, WIR zertifizieren Level 3 WIR erstellen den Report auf Basis IHRER Tests Schulungen und Trainings Als global agierender Anbieter von Qualitäts- und Sicherheitslösungen für eine Vielzahl an Branchen ist Intertek Spezialist für Auditierung und Inspektion, Prüfung, Qualitätssicherung und Zertifizierung. Diese Intertek-Zertifizierungszeichen können u. a. erlangt werden: dataTec ▪ Ferdinand-Lassalle-Str. 52 ▪ 72770 ▪ Tel. 07121 / 51 50 50 ▪ Fax 07121 / 51 50 10 ▪ [email protected] ▪ www.datatec.de LevelReutlingen 2 Als Partner der Industrie schaffen ETL-Mark, S-Mark, GS-Zeichen, SIE testen, wir mit unserem Netzwerk von über ENEC-Mark, CB Zertifikat WIR beobachten 1.000 Laboren und Büros in über
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