Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Praktische Realisierung eines Analysators
A
kleinen Schritten. Dabei ist die Schrittweite abhängig von der eingestellten
Auflösebandbreite. Schmale Auflösebandbreiten erfordern kleinere Abstimmschritte,
da andernfalls Informationen des Eingangsspektrums verloren
gehen oder Pegelfehler entstehen können. In Bild 4-5 ist dies mit
einem Filter, das über den Eingangsfrequenzbereich schrittweise abgestimmt
wird, verdeutlicht. Um solche Fehler zu vermeiden, wird in der
Praxis eine Schrittweite gewählt, die deutlich kleiner als die Auflösebandbreite
ist, z. B. 0,1· RBW.
Eingangssignal
Abstimmschritt >> Auflösebandbreite
A
f e
Angezeigtes Spektrum
f e
Bild 4-5 Auswirkungen einer zu großen Abstimmschrittweite
a) Eingangssignal geht völlig verloren
b) Pegelfehler bei der Darstellung des Eingangssignals
Das Referenzsignal wird üblicherweise durch einen temperaturkompensierten
Quarzoszillator (TCXO) erzeugt. Zur Erhöhung der Frequenzgenauigkeit
und Langzeitstabilität (siehe auch Kapitel 5.9, Frequenzgenauigkeit)
ist für die meisten Spektrumanalysatoren auch eine Ofenquarzreferenz
(OCXO) optional erhältlich. Zur Synchronisation mit anderen Meßgeräten
wird die Referenz (üblicherweise 10 MHz) an einer Ausgangsbuchse (28)
zur Verfügung gestellt. Ebenso kann der Spektrumanalysator aber auch
auf ein extern zugeführtes Referenzsignal synchronisiert werden (27). Steht
nur eine Buchse zum Ein- bzw. Auskoppeln eines Referenzsignals zur
Verfügung, so ist deren Funktion meist von der Einstellung des Spektrumanalysators
abhängig.
Wie in Bild 3-9 zu erkennen, folgt nach der ersten Umsetzung bereits die
ZF-Signalverarbeitung sowie die Detektion des ZF-Signals. Die Realisierung
von schmalbandigen ZF-Filtern ist bei einer so hohen ZF jedoch kaum
möglich, weshalb das ZF-Signal bei dem hier beschriebenen Konzept auf
eine niedrigere Zwischenfrequenz, in diesem Beispiel 20,4 MHz, umgesetzt
werden muß.
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A
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Eingangssignal
Abstimmschritt >> Auflösebandbreite
f e
Angezeigtes Spektrum
f e
A
2. Umsetzung
Filter zur Spiegelfrequenzunterdrückung
2. ZF Spiegel-
1. ZF
f
empfangs-
stelle 2. LO
Bild 4-6 Umsetzung von der hohen ersten ZF auf eine niedrige zweite ZF
Bei direkter Umsetzung auf 20,4 MHz läge die Spiegelempfangsstelle nur
2 · 20,4 MHz = 40,8 MHz neben dem umzusetzenden Signal bei 3476,4 MHz
(siehe Bild 4-6). Die Unterdrückung dieser Spiegelempfangsstelle ist aber
wichtig, da aufgrund der begrenzten Isolation zwischen HF- und ZF-Tor
von Mischern Signale vom Eingang auch direkt, d. h. ohne umgesetzt zu
werden, auf die erste ZF-Ebene gelangen können. Man nennt diesen Effekt
ZF-Durchschlag (siehe Kapitel 5.6, Störfestigkeit). Entspricht dabei
die Frequenz des Eingangssignals der Spiegelfrequenz der zweiten Umsetzung,
so äußert sich dieser Effekt durch den sog. Spiegelempfang der
zweiten ZF. Ebenso können aber auch Eingangssignale unter bestimmten
Bedingungen auf die Spiegelfrequenz der zweiten Umsetzung umgesetzt
werden. Da die Umsetzdämpfung von Mischern üblicherweise deutlich
niedriger ist als deren Isolation zwischen HF- und ZF-Tor, ist diese Art von
Spiegelempfang wesentlich kritischer.
Aufgrund der hohen Signalfrequenz wäre bei einer niedrigen ZF von
20,4 MHz zur Spiegelunterdrückung ein sehr aufwendiges Filter mit hoher
Flankensteilheit notwendig. Es ist daher günstiger, das auf die erste Zwischenfrequenz
umgesetzte Eingangssignal zunächst auf eine mittlere ZF,
in diesem Beispiel 404,4 MHz, umzusetzen. Hierzu ist ein fest abgestimmtes
LO-Signal (10) von 3072 MHz notwendig, d. h. die Spiegelempfangsstelle
für diese Umsetzung liegt bei 2667,6 MHz. Eine Spiegelunterdrückung
mit Hilfe eines geeigneten Bandpaß-Filters (8) ist nun ohne weiteres möglich.
Die Bandbreite dieses Bandpasses muß so groß sein, daß das Signal
auch bei der größtmöglichen Auflösebandbreite nicht beeinflußt wird. Zur
Reduzierung des Gesamtrauschmaßes des Analysators wird das Eingangssignal
vor der zweiten Umsetzung verstärkt (7).
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