Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren
Für Frequenzbereiche, in deren Signalpfad im Analysator ein YIG-Filter enthalten
ist (in diesem Beispiel z.B. über 3 GHz), sind meist zusätzliche
Randbedingungen zur Erreichung des angegebenen Werts einzuhalten.
Aufgrund des magnetischen Kreises weisen YIG-Filter eine gewisse Trägheit
auf, darüber hinaus auch eine gewisse Temperaturdrift der Mittenfrequenz.
Es wird daher nicht immer der gleiche Punkt der Übertragungsfunktion
„getroffen“, d.h. die Einfügedämpfung des Filters kann aufgrund
von Welligkeit im Durchlaßbereich variieren.
Spektrumanalysatoren weisen daher oft eine sogenannte Peaking-
Funktion auf. Liegt am Eingang des Analysators ein Signal an, so kann
damit die Mittenfrequenz auf maximalen Signalpegel feinabgeglichen
werden, was die Pegelgenauigkeit erhöht.
Während dieses Feinabgleichs wird das YIG-Filter nur in einem sehr
kleinen Frequenzbereich mit vergleichsweise niedriger Geschwindigkeit
eingestellt. Aufgrund des dynamischen Verhaltens von YIG-Filtern wird
besonders bei sehr hohen Sweep-Geschwindigkeiten während des Meß-Betriebs
der im Feinabgleich ermittelte Punkt wiederum nicht exakt getroffen.
Bei sehr kurzen Sweep-Zeiten (hier z.B. < 10 ms/GHz) entsteht daher
ein zusätzlicher Fehler.
Linearitätsfehler (linearity error oder display nonlinearity)
Der Linearitätsfehler gibt Aufschluß über die Anzeigelinearität. Eine Veränderung
des Eingangspegels um n dB führt im Idealfall zu einer Änderung
des Anzeigepegels um ebenfalls n dB. Der Linearitätsfehler gibt die
maximale Abweichung von der erwarteten Änderung des Anzeigepegels
an.
Bei logarithmischer Pegeldarstellung wird dieser Fehler maßgeblich
durch den Logarithmierer bestimmt. Es wird dabei oft der maximale
Fehler gültig für einen bestimmten Pegelbereich bezogen auf den Referenzpegel
spezifiziert – in Bild 5-25 z.B. < 0,2 dB für Anzeigepegel, die bis
zu 70 dB unter dem Referenzpegel liegen (bei Verwendung von Auflösebandbreiten
≤ 100 kHz). Bei einer beliebigen Pegeländerung innerhalb
dieses Bereichs weicht der Anzeigewert vom erwarteten Wert um maximal
den spezifizierten Wert ab.
Ebenso ist aber auch die Angabe des maximalen Gesamtlinearitätsfehlers
abhängig vom Anzeigepegel und bezogen auf den Referenzpegel
üblich. Beispiel:
Für den Pegelbereich 0 dB bis 70 dB unter dem Referenzpegel beträgt der
maximale Linearitätsfehler 0,3 dB + 0,01 · (Abstand zum Referenzpegel).
Der Fehler bei der Darstellung eines Signals, dessen Anzeigepegel 70 dB
unter dem Referenzpegel liegt, beträgt somit 0,3 dB + 0,01 · 70 dB = 1 dB.
Der auf diese Art spezifizierte Pegelfehler ist besonders für Absolutpegelmessungen
von Bedeutung. Für relative Pegelmessungen hingegen
ist die Abweichung der Anzeigepegeländerung von der erwarteten Pegeländerung
von Interesse, die zusätzlich angegeben werden muß. Die Angabe
erfolgt meist als max. Fehler für eine bestimmte Pegeländerung, also
z.B. 0,4 dB / 4 dB (0,4 dB Abweichung bei einer Pegeländerung um 4 dB).
Bei Darstellung im linearen Maßstab wird der Linearitätsfehler in
Prozent bezogen auf den Referenzpegel angeben.
Eichleitungsfehler (attenuator error)
Die verschiedenen Eichleitungseinstellungen sind mit einem gewissen
Fehler behaftet. In modernen Geräten wird dieser Fehler im Rahmen des
Selbstabgleichs ermittelt und bei der Anzeige korrigiert. Der für den Eichleitungsfehler
spezifizierte Wert ist als Restfehler aufgrund von Langzeiteffekten
wie z.B. Drift durch Temperaturveränderungen zu verstehen.
ZF-Verstärkungsfehler bzw. Fehler des Referenzpegels
(IF gain error oder error of reference level setting)
Ebenso wie die Einstellung der Eichleitung ist auch die Einstellung der ZF-
Verstärkung mit Fehlern verbunden. Da die ZF-Verstärkung nur indirekt
über den Referenzpegel eingestellt werden kann, spricht man dabei auch
vom Referenzpegelfehler. Neben der Angabe des maximalen Fehlers, wie
z.B. in Bild 5-25, wird der Fehler oft auch in Abhängigkeit vom eingestellten
Referenzpegel angegeben. Beispiel:
Der maximale Referenzpegelfehler bei einem Referenzpegel von – 20 dBm
ist 0,3 dB. Bei anderen Referenzpegeln gilt für den Fehler 0,3 dB + 0,01 ·
(Abweichung vom Referenzpegel – 20 dBm). Wird der Referenzpegel also
beispielsweise auf +10 dBm gesetzt, so beträgt der maximale Referenzpegelfehler
0,3 dB + 0,01 · (+10 dBm – (–20 dBm)) = 0,6 dB.
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