Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren
Abhängig von der Meßaufgabe können Intermodulationsprodukte
3. Ordnung und/oder Harmonische höherer Ordnung den Dynamikbereich
einschränken. Der für die jeweilige Anwendung optimale Mischerpegel
und der maximal damit erreichbare Dynamikbereich ergibt sich, wie in
Bild 5-19 dargestellt, aus dem Schnittpunkt der Geraden für Rauschleistungspegel
und Intermodulationsprodukte 3. Ordnung bzw. Harmonische
2. Ordnung. In diesem Schnittpunkt ist der Pegel der Intermodulations-
bzw. Verzerrungsprodukte gleich dem Rauschleistungspegel. Die
Darstellung ist damit noch eindeutig.
In Bild 5-19 wird bei einer Rauschbandbreite von 10 Hz ein maximaler
intermodulationsfreier Bereich von etwa 98 dB gefunden. Dafür ist ein
Mischerpegel von –42 dBm erforderlich. Bei Aussteuerung des Spektrumanalysators
(HF-Dämpfung 0 dB) mit zwei sinusförmigen Signalen, die jeweils
einen Pegel von –42 dBm aufweisen, erreichen die Intermodulationsprodukte
3. Ordnung einen Pegel von –42 dBm – 98 dB = –140 dBm.
Der optimale Mischerpegel und der dabei erreichbare Dynamikbereich
läßt sich auch berechnen:
Bei optimalem Mischerpegel entspricht der Rauschleistungspegel dem
Pegel der Intermodulationsprodukte. Gl. 5-28 und Gl. 5-29 sind daher
gleichzusetzen und nach L mix aufzulösen. Man erhält
(n – 1) · IPn e + L R,rel (n – 1) · IPn e –174 dBm+10·lg(B R,ZF )+NF
L mix,opt = =
n
n
(Gl. 5-32)
mit L mix, opt optimaler Mischerpegel, in dBm
IPn e Eingangs-Intercept-Punkt n. Ordnung des Analysators
(0 dB HF-Dämpfung), in dB
n Ordnung der Intermodulations- bzw. Verzerrungsprodukte,
durch die der Dynamikbereich eingeschränkt wird
B R,ZF Rauschbandbreite des Auflösefilters, in Hz
NF Rauschmaß des Analysators, in dB
Für n = 3, also Begrenzung des intermodulationsfreien Bereichs durch
Intermodulationsprodukte 3. Ordnung erhält man
2 · IP3 e + L R,rel 2 · IP3 e – 174 dBm + 10 · lg(B R,ZF ) + NF
L mix,opt = = (Gl. 5-33)
3
3
Für den optimalen Mischerpegel für maximalen Harmonischenabstand
gilt
IPk2 e + L R,rel IPk2 e – 174 dBm + 10 · lg(B R,ZF ) + NF
L mix,opt = = (Gl. 5-34)
2
2
Bei optimalem Mischerpegel entspricht der Dynamikbereich der Pegeldifferenz
zwischen Mischerpegel und Intermodulationsprodukten n. Ordnung
bzw. dem Rauschleistungspegel. Es gilt:
n – 1
n – 1
DR max = · (IPn e – L R ) = · (IPn e + 174 dBm – 10 · lg(B R,ZF ) – NF)
n
n
(Gl. 5-35)
mit DR max maximaler Dynamikbereich, in dB
IPn e Eingangs-Intercept-Punkt n. Ordnung des Analysators
(0 dB HF-Dämpfung), in dBm
n Ordnung der Intermodulations- bzw. Verzerrungsprodukte,
durch die der Dynamikbereich eingeschränkt wird
B R,ZF Rauschbandbreite des Auflösefilters, in Hz
NF Rauschmaß des Analysators, in dB
Entsprechend läßt sich daraus mit n = 3 ein maximaler intermodulationsfreier
Bereich von
2
2
DR max = · (IP3 e – L R ) = · (IP3 e + 174 dBm – 10 · lg(B R,ZF ) – NF)
3
3
(Gl. 5-36)
bzw. ein maximaler Harmonischenabstand (mit n = 2) von
1
1
DR max = · (IPk2 e – L R ) = · (IPk2 e + 174 dBm – 10 · lg(B R,ZF ) – NF)
2
2
(Gl. 5-37)
ableiten.
Betrachtet man Gl. 5-35, so erkennt man, daß zur Erzielung eines hohen intermodulationsfreien
Bereichs sowohl ein möglichst hoher Intercept-
Punkt als auch ein möglichst niedriges Rauschmaß erforderlich sind. Zur
schnellen Beurteilung des Dynamikbereichs eines Spektrumanalysators
dient daher die sogenannte Figure of Merit (FOM). Es gilt:
FOM = IP3 e – NF (Gl. 5-38)
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