Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Praktische Realisierung eines Analysators
4.6 Wesentliche Abhängigkeiten
Einige Einstellungen des Analysators sind voneinander abhängig. Um
Meßfehler zu vermeiden, sind diese Parameter bei modernen Spektrumanalysatoren
im normalen Betriebsfall miteinander verkoppelt, d. h. bei
Änderung einer Einstellung werden automatisch alle davon abhängigen
Größen entsprechend angepaßt. Die einzelnen Parameter können aber
auch voneinander unabhängig vom Benutzer eingestellt werden. Für solche
Fälle ist es besonders wichtig, die genauen Zusammenhänge und Auswirkungen
zu verstehen.
4.6.1 Sweep-Zeit, Span, Auflöse- und Videobandbreite
Min. Sweep-Zeit / s
10e+6
1e+6
100e+3
10e+3
1e+3
100e+0
10e+0
1e+0
100e-3
10e-3
1e-3
100e-6
10e-6
k = 1
k = 2,5
FFT-Filter (praktisch)
FFT-Filter (theoretisch)
Bei Verwendung von analogen oder digitalen ZF-Filtern wird die maximal
zulässige Sweep-Geschwindigkeit durch die Einschwingzeit von ZF-Filter
und Videofilter begrenzt. Letzteres hat keinen Einfluß, sofern die Videobandbreite
größer als die Auflösebandbreite ist. In diesem Fall steigt die
notwendige Einschwingdauer mit kleiner werdender Auflösebandbreite
quadratisch, d. h. eine Verringerung um den Faktor n führt zu einer um n 2
längeren minimal erforderlichen Sweep-Zeit. Es gilt:
∆ƒ
T Sweep = k · (Gl. 4-17)
B 2 ZF
mit T Sweep minimal erforderliche Sweep-Zeit (bei gegebenem Span
und Auflösebandbreite), in s
B ZF Auflösebandbreite, in Hz
∆f darzustellender Frequenzbereich (Span), in Hz
k Proportionalitätsfaktor
Der Proportionalitätsfaktor k ist abhängig von der Art des Filters und dem
zulässigen Einschwingfehler. Bei analogen Filtern, die sich aus vier bzw.
fünf Einzelkreisen zusammensetzen, beträgt der Proportionalitätsfaktor
k = 2,5 (max. Einschwingfehler ca. 0,15 dB). Bei digital realisierten GAUSS-
Filtern ist das Einschwingverhalten bekannt und exakt reproduzierbar.
Durch entsprechende Korrekturen sind daher unabhängig von der Art des
Eingangssignals im Vergleich zu analogen Filtern höhere Sweep-Geschwindigkeiten
ohne Amplitudenverlust möglich. Es läßt sich damit ein k-Faktor
von 1 erreichen. In Bild 4-28 ist die erforderliche Sweep-Zeit bei einem
1e-6
1 10 100 1k 10k 100k 1M
Auflösebandbreite / Hz
Bild 4-28 Theoretisch erforderliche Sweep-Zeit in Abhängigkeit von der
Auflösebandbreite bei einem Span von 1 MHz. Beispiel für die mit FFT-Filtern in
einem modernen Spektrumanalysator erreichbaren Meßzeiten
Span von 1 MHz in Abhängigkeit von der Auflösebandbreite dargestellt.
Ist die Videobandbreite kleiner als die Auflösebandbreite, so wird die
mindestens erforderliche Sweep-Zeit auch durch die Einschwingzeit des
Videofilters bestimmt. Diese nimmt, ähnlich wie beim ZF-Filter, mit abnehmender
Bandbreite zu. Das Videofilter ist üblicherweise ein Tiefpaß 1. Ordnung,
bei analoger Realisierung also ein einfaches RC-Glied. Zwischen
Videobandbreite und Sweep-Zeit besteht daher ein linearer Zusammenhang.
Ein Verringern der Videobandbreite um den Faktor n führt zu einer
n-fachen Sweep-Zeit.
Bei Unterschreitung der Mindest-Sweep-Zeit kann das ZF-Filter bzw.
das Videofilter nicht mehr einschwingen, was zu Amplitudenverlust und
einer verzerrten Signaldarstellung (Frequenzversatz) führt. Ein Sinussignal
wird dadurch z. B. weder pegel- noch frequenzrichtig dargestellt (siehe Bild
4-29). Aufgrund der verbreiterten Signaldarstellung ergibt sich zudem eine
schlechtere effektive Auflösung.
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