Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
4 PRAKTISCHE REALISIERUNG EINES ANALYSATORS
NACH DEM ÜBERLAGERUNGSPRINZIP
Im folgenden werden die einzelnen Komponenten eines Analysators nach
dem Überlagerungsprinzip ausführlich erläutert sowie die praktische Realisierung
in einem modernen Spektrumanalysator für den Frequenzbereich
9 kHz bis 3 GHz bzw. 7 GHz dargestellt. Ein detailliertes Blockschaltbild
hierzu befindet sich auf der Ausklappseite am Ende dieses
Buches. Die einzelnen Blöcke sind numeriert und zu Funktionseinheiten
zusammengefaßt.
4.1 HF-Eingangsteil (Frontend)
Wie die meisten Meßgeräte der modernen Nachrichtentechnik weisen
Spektrumanalysatoren in der Regel am HF-Eingang eine Impedanz von
50 Ω auf. Um auch Messungen in 75-Ω-Systemen, wie z. B. CATV (Cable
Television), zu ermöglichen, sind einige Analysatoren alternativ mit einer
Eingangsimpedanz von 75 Ω erhältlich. Mit Hilfe von Transformationsgliedern
können aber auch Analysatoren mit 50-Ω-Eingang dazu verwendet
werden (siehe Meßhinweis Messungen im 75-Ω-System).
Praktische Realisierung eines Analysators
Messungen im 75-Ω-System
Speziell in der Rundfunk- und Fernsehtechnik ist eine Impedanz
von 75 Ω anstelle der sonst weit verbreiteten 50 Ω üblich. Um in
solchen Systemen mit Spektrumanalysatoren, die in der Regel
eine Eingangsimpedanz von 50 Ω aufweisen, Messungen durchführen
zu können, sind entsprechende Transformationsglieder erforderlich.
Andernfalls würden Meßfehler durch Fehlanpassung
zwischen Meßobjekt und Spektrumanalysator entstehen.
Eine Transformation von 50 Ω auf 75 Ω kann am einfachsten
durch einen 25-Ω-Serienwiderstand erfolgen. Es wird damit eine
geringe Einfügedämpfung erreicht (etwa 1,8 dB), jedoch ist nur
der 75-Ω-Eingang angepaßt. Am Ausgang, der an den HF-Eingang
des Spektrumanalysators angeschlossen ist, liegt Fehlanpassung
vor (siehe Bild 4-1a). Da die Eingangsimpedanz des Spektrumanalysators
in der Praxis jedoch vom Idealwert 50 Ω abweicht, kann
es speziell bei schlecht angepaßten Meßobjekten zu Meßfehlern
aufgrund von Mehrachreflexionen kommen.
Vorteilhaft ist daher die Verwendung von Transformationsgliedern,
die an beiden Anschlüssen angepaßt sind (z. B. Π- oder
L-Glieder). Die Einfügedämpfung ist dabei unter Umständen
höher.
Ein wichtiges Qualitätsmerkmal des Spektrumanalysators ist das Eingangs-VSWR,
das maßgeblich durch die Bestandteile des Frontends, also
Eichleitung, Eingangsfilter sowie erster Mischer, bestimmt wird. Diese
Komponenten bilden das HF-Eingangsteil, dessen Funktion und Realisierung
hier im Detail betrachtet wird.
Zur Messung von Signalen mit hohem Pegel ist am Eingang des Spektrumanalysators
ein in Stufen einstellbares Dämpfungsglied (2)* vorgesehen.
Mit dieser sogenannten Eichleitung kann der Signalpegel am Eingang
des ersten Mischers, der Mischerpegel, eingestellt werden.
Die Dämpfung dieser Eichleitung (auch als RF Attenuation oder HF-
Dämpfung bezeichnet) ist üblicherweise in 10-dB-Stufen einstellbar. Für
Anwendungen, die eine hohe Meßdynamik erfordern, werden in manchen
a)
b)
Quelle
Z A
= 75 Ω
Quelle
75 Ω 100 Ω
25 Ω
75 Ω 50 Ω
Z E
= 50 Ω
Spektrumanalysator
Anpaßglied
Spektrumanalysator
Z A
= 75 Ω
Z E
= 50 Ω
* Die farbigen Klammer-Hinweise beziehen sich auf das Blockschaltbild am Ende des
Buches.
Bild 4-1 Eingangsanpassung an 75 Ω mit Hilfe externer Anpaßglieder
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