Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann
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<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Spektrumanalyse</strong><br />
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren<br />
Neben dem Formfaktor, <strong>der</strong> die Selektionseigenschaften bestimmt, sind<br />
auch die minimale und maximale verfügbare Auflösebandbreite eines<br />
Spektrumanalysators von Bedeutung. Beson<strong>der</strong>s für Messungen, die eine<br />
hohe Empfindlichkeit voraussetzen, sind sehr schmale Bandbreiten notwendig<br />
(siehe Kapitel 5.1), während Pulsmessungen und Messungen im<br />
Zeitbereich (Kapitel 6.2 bzw. 6.3) sehr große Auflösebandbreiten erfor<strong>der</strong>n.<br />
Um kürzere Sweep-Zeiten zu ermöglichen, sind für schmale Auflösebandbreiten<br />
FFT-Filter vorteilhaft. Gleichzeitig ist jedoch wichtig, daß stattdessen<br />
auch analoge und digitale Filter gewählt werden können, da z.B.<br />
Pulsmessungen mit FFT-Filtern unter Umständen nicht ohne weiteres<br />
durchführbar sind (siehe auch Kapitel 3.1).<br />
Für Anwendungen, bei denen ein Signalpegel auf die Meßbandbreite bezogen<br />
wird, ist die Genauigkeit <strong>der</strong> Bandbreite wichtig. Sie wird üblicherweise<br />
in % angegeben. Ihre Berücksichtigung bei <strong>der</strong> Berechnung des<br />
Meßfehlers ist in Kapitel 5.10, Pegelmeßgenauigkeit, beschrieben.<br />
5.9 Frequenzgenauigkeit<br />
Wie in Kapitel 4 bereits angedeutet, sind in mo<strong>der</strong>nen Spektrumanalysatoren<br />
alle Lokaloszillatoren über Phasenregelkreise an einen stabilen<br />
Referenzfrequenzoszillator angebunden. Die Frequenzgenauigkeit des<br />
Spektrumanalysators entspricht daher <strong>der</strong> Genauigkeit dieser Referenz<br />
und wird auch von <strong>der</strong>en Temperatur- und Langzeitstabilität beeinflußt.<br />
Solche Referenzen, meist mit einer Frequenz von 10 MHz, sind als temperaturkompensierte<br />
Quarzoszillatoren (TCXOs) o<strong>der</strong> Ofenquarzreferenzen<br />
(OCXOs) ausgeführt. Die dadurch generierte Referenzfrequenz ist von <strong>der</strong><br />
Umgebungstemperatur abhängig und verän<strong>der</strong>t sich zudem aufgrund von<br />
Alterung während des Betriebs. Um eine hohe Absolutgenauigkeit bei Frequenzmessungen<br />
mit Hilfe eines Spektrumanalysators zu gewährleisten,<br />
ist daher ein regelmäßiger Abgleich <strong>der</strong> Referenzfrequenz notwendig. Bei<br />
mo<strong>der</strong>nen Analysatoren ist dies mit Hilfe eines D-A-Wandlers möglich und<br />
kann vom Benutzer durchgeführt werden, sofern ein Frequenzzähler o<strong>der</strong><br />
ein Signal mit bekannter Frequenz verfügbar ist.<br />
Referenzfrequenz intern (nominal)<br />
Alterung pro Jahr 1) 1 · 10 –6<br />
Temperaturdrift (+5 °C ... 45 °C) 1 · 10 –6<br />
mit Option OCXO<br />
Alterung pro Jahr 1) 1 · 10 –7<br />
Temperaturdrift (+5 °C ... 45 °C) 1 · 10 –8<br />
1 ) Nach 30 Tagen Einlaufzeit.<br />
Bild 5-24 Typische Angaben zur Frequenzgenauigkeit eines Spektrumanalysators<br />
Bild 5-24 zeigt einen Datenblattauszug zur Frequenzgenauigkeit eines<br />
Spektrumanalysators. Es wird darin zwischen <strong>der</strong> Genauigkeit des Grundgeräts<br />
und <strong>der</strong> Genauigkeit bei optional eingebauter Ofenquarzreferenz<br />
unterschieden. Man erkennt, daß mit OCXOs eine erheblich höhere Temperaturstabilität<br />
sowie eine deutlich niedrigere Temperaturdrift erreicht<br />
wird. Der Gesamtfrequenzfehler setzt sich aus <strong>der</strong> Temperaturdrift und <strong>der</strong><br />
Langzeitstabilität zusammen. Letztere gilt allerdings nur, wenn das Gerät<br />
nicht ausgeschaltet wird, also permanent in Betrieb ist. Wird das Gerät<br />
(bzw. <strong>der</strong> OCXO) aus- und wie<strong>der</strong> eingeschaltet, so findet ein neuer Frequenzeinlauf<br />
(Retrace) statt [5-4], wodurch die Oszillatorfrequenz einen an<strong>der</strong>en<br />
Wert annimmt.<br />
5.10 Pegelmeßgenauigkeit<br />
Die Messung von Signalpegeln ist stets mit einer gewissen Meßunsicherheit<br />
behaftet. Bei Pegelmessungen mit Spektrumanalysatoren setzt sich<br />
diese Unsicherheit aus verschiedenen Beiträgen zusammen. Die Geräte<br />
werden daher vor <strong>der</strong> Auslieferung beim Hersteller kalibriert, indem man<br />
die einzelnen Fehlerbeiträge aufnimmt und im Gerät abspeichert. Bei <strong>der</strong><br />
Pegeldarstellung werden sie rechnerisch berücksichtigt, wodurch die<br />
Genauigkeit steigt.<br />
Da die Eigenschaften des Analysators auch einer Temperaturdrift und<br />
Alterung unterliegen, verfügen die meisten Analysatoren darüber hinaus<br />
über eine interne, temperaturstabile Signalquelle (43) sowie über Funktionen<br />
zum Selbstabgleich, mit denen beson<strong>der</strong>s kritische Fehlerbeiträge<br />
während des Betriebs ermittelt und entsprechende Korrekturen vorgenommen<br />
werden können.<br />
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