Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Praktische Realisierung eines Analysators
4.2 ZF-Signalverarbeitung
Die eigentliche ZF-Signalverarbeitung erfolgt auf der letzten Zwischenfrequenz,
hier 20,4 MHz. Das Signal wird hier verstärkt und mit dem ZF-
Filter die Auflösebandbreite festgelegt.
Die Verstärkung ist in dieser letzten ZF in bestimmten Stufen (in
diesem Beispiel in 0,1-dB-Schritten) einstellbar. Es kann dadurch der maximale
Signalpegel innerhalb der folgenden Signalverarbeitung unabhängig
von der Eichleitungseinstellung, also unabhängig vom Mischerpegel, konstant
gehalten werden kann. Mit zunehmender Dämpfung der Eichleitung
ist die ZF-Verstärkung zu erhöhen, so daß der Dynamikbereich des später
folgenden Hüllkurvendetektors bzw. A-D-Wandlers in vollem Umfang ausgenutzt
wird (siehe hierzu auch Kapitel 4.6, Wesentliche Zusammenhänge).
Mit dem ZF-Filter wird der Ausschnitt des in die ZF-Lage umgesetzten
Eingangssignals festgelegt, der an bestimmter Stelle der Frequenzachse
zur Anzeige gebracht werden soll. Aufgrund der hohen Flankensteilheit
und der daraus resultierenden Selektionseigenschaften wäre hierfür ein
Rechteckfilter wünschenswert. Solche Rechteckfilter sind aufgrund ihres
Einschwingverhaltens für die Spektrumanalyse jedoch nicht geeignet. Wegen
der langen Einschwingdauer könnte das Spektrum eines Eingangssignals
nur durch sehr langsames Verändern der LO-Frequenz auf die Zwischenfrequenz
umgesetzt werden, da sich andernfalls Pegelfehler ergeben
würden. Kurze Meßzeiten können durch die Verwendung von einschwingoptimierten
GAUSS-Filtern erreicht werden. Die Übertragungsfunktion eines
solchen Filters ist in Bild 4-8 dargestellt.
lg (H U (f)) / dB
0
– 3
– 6
H U(f)
H U,0
0,5
Leistungsübertragungsfunktion
Spannungsübertragungsfunktion
Bild 4-8 Spannungsübertragungsfunktion eines GAUSS-Filters
im logarithmischen Pegelmaßstab
Im Gegensatz zu Rechteckfiltern, bei denen der Übergang vom Durchlaßin
den Sperrbereich abrupt ist, muß für Filter mit begrenzter Flankensteilheit
eine Definition der Bandbreite gefunden werden. In der allgemeinen
Spektrumanalyse ist die Angabe der 3-dB-Bandbreite üblich, also des Frequenzabstands
der beiden Punkte der Übertragungsfunktion, an denen die
Einfügedämpfung des Filters gegenüber H 2 U (f) der Mittenfrequenz um 3 dB zugenommen
hat.
H
2
U,0
f 0
Impulsbandbreite
B I
f
0,5
Bild 4-9 Spannungs- und Leistungsübertragungsfunktion
eines GAUSS-Filters im linearen Pegelmaßstab
f 0
Rauschbandbreite
B R
Bei vielen Messungen an Rauschen oder rauschähnlichen Signalen (z. B.
digital modulierten Signale) müssen gemessene Pegel auf die Meßbandbreite,
hier die Auflösebandbreite, bezogen werden. Dazu muß die äquivalente
Rauschbandbreite +∞ B R des ZF-Filters bekannt sein, die sich aus dessen
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Übertragungsfunktion wie folgt berechnen läßt
H 2 U,0
0
B R = · ∫ H 2 U (ƒ) · dƒ (Gl. 4-7)
mit B R Rauschbandbreite, in Hz
H U (f) Spannungsübertragungsfunktion
H U,0 Wert der Spannungsübertragungsfunktion in Bandmitte
(bei f 0 )
f
– 60
f 0
f
Eine Veranschaulichung ist am einfachsten bei Betrachtung der Leistungsübertragungsfunktion
im linearen Pegelmaßstab möglich (siehe Bild 4-9).
Die Rauschbandbreite entspricht dabei der Breite eines Rechtecks mit gleicher
Fläche wie die Fläche unter der Übertragungsfunktion H U2 (f). Auswir-
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