Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren
Je höher der FOM-Wert, desto größer der maximal erreichbare intermodulationsfreie
Bereich. Moderne Analysatoren der High-End-Klasse erreichen
derzeit mit einem typischen Intercept-Punkt 3. Ordnung von
15 dBm und einem typischen Rauschmaß von 15 dB eine Figure of Merit
von 0.
Die vorangegangenen Ausführungen zum Dynamikbereich bezogen sich
stets auf den Signalpegel am Eingang des ersten Mischers. Ist der Signalpegel
am Eingang des Spektrumanalysators höher als der optimale
Mischerpegel, so muß der Pegel durch entsprechend hohe HF-Dämpfung
abgesenkt werden. Die notwendige HF-Dämpfung läßt sich wie folgt berechnen:
a HF = L e – L mix (Gl. 5-39)
mit a HF HF-Dämpfung, in dB
L e Signalpegel am Eingang des Spektrumanalysators, in dBm
L mix einzustellender Mischerpegel, in dBm
Wichtig für die Einstellung des Mischerpegels ist die Abstufung der Eichleitung:
Beträgt in obigem Beispiel der Eingangspegel –17 dBm und die Abstufung
der Eichleitung 10 dB, so kann der Signalpegel nur auf einen Mischerpegel
von –37 dBm (bei 20 dB HF-Dämpfung) oder –47 dBm (bei
30 dB HF-Dämpfung) abgesenkt werden. Der intermodulationsfreie Bereich
beträgt dann nur 92 dB (L mix = – 47 dBm) bzw. 88 dB (L mix = –37 dBm).
Um den maximalen intermodulationsfreien Bereich nutzen zu können,
kann in diesem Fall der Pegel durch ein externes 5-dB-Dämpfungsglied auf
–22 dBm abgesenkt werden. Bei einer HF-Dämpfung von 20 dB erhält man
dann wieder den optimalen Mischerpegel von –42 dBm und einen intermodulationsfreien
Bereich von 98 dB.
Für einige Spektrumanalysatoren ist deshalb auch eine Eichleitung
mit 1-dB-Stufung erhältlich. Auf die Verwendung von externen Dämpfungsgliedern
oder einer externen Eichleitung kann dann verzichtet werden.
Einflüsse von Phasenrauschen auf den Dynamikbereich
Wie in Kapitel 5.3 beschrieben, wird das Phasenrauschen der Lokaloszillatoren
durch reziprokes Mischen auf die Eingangssignale übertragen. Der
Dynamikbereich für Phasenrauschmessungen wird daher besonders bei
kleinen Trägerabständen durch das Phasenrauschen des Spektrumanalysators
begrenzt, d.h. das zu messende Phasenrauschen des Meßobjekts
muß in jedem Fall höher sein als das des Meßgeräts (siehe hierzu auch
Kapitel 6.1, Phasenrauschmessungen).
Sollen schwache Signale in unmittelbarer Gegenwart sehr starker Signale
dargestellt werden (z.B. bei Messung des Intercept-Punkts 3. Ordnung
eines Meßobjekts), so ist auch hierfür ein möglichst geringes Phasenrauschen
des Analysators notwendig. Andernfalls wird das schwache Eingangssignal
unter Umständen durch das auf das starke Nachbarsignal
übertragene Phasenrauschen überdeckt (siehe Bild 5-12 und dazugehöriges
Beispiel). Das Phasenrauschen ist daher in solchen Fällen bei der
Berechnung des Dynamikbereichs zu berücksichtigen.
Da das auf das Eingangssignal übertragene Phasenrauschen unabhängig
vom Trägerpegel ist, läßt es sich nicht durch dessen Veränderung
beeinflussen. In Bild 5-20 ist der Beitrag des Phasenrauschens dementsprechend
durch eine waagrechte Linie eingetragen. Ist die Signalfrequenz
größer als der Trägerabstand, in dem Messungen an schwachen Signalen
durchgeführt werden sollen, so spielen Harmonische und Intermodulationsprodukte
2. Ordnung keine Rolle. In Bild 5-20 werden daher nur Intermodulationsprodukte
3. Ordnung berücksichtigt. Der Phasenrauschleistungpegel
ist für die gegebene Auflösebandbreite zu berechnen. Es gilt:
L PN,RBW (ƒ off )= L(ƒ off ) + 10 · lg(B R,ZF ) (Gl. 5-40)
mit L PN,RBW (f off ) vom Trägerabstand abhängiges Phasenrauschen
innerhalb der Bandbreite B R, ZF , bezogen auf den
Träger, in dBc
L(f off ) vom Trägerabstand abhängiges Phasenrauschen,
in dBc (1 Hz)
B R,ZF Rauschbandbreite des ZF-Filters, in Hz
f off
Trägerabstand (Offset)
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