Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

6 HÄUFIGE MESSUNGEN UND
FUNKTIONSERWEITERUNGEN
6.1 Phasenrauschmessung
Wie bereits in Kapitel 5.3 beschrieben wurde, ist das Phasenrauschen eines
Oszillators ein Maß für dessen Kurzzeitstabilität und daher ein wesentliches
Beurteilungskriterium. Dementsprechend ist die Phasenrauschmessung
eine sehr häufige Meßaufgabe, für die spezielle Phasenrauschmeßplätze
oder – bei geringeren Anforderungen an den Dynamikbereich –
auch Spektrumanalysatoren verwendet werden.
Bei der Phasenrauschmessung mit einem Spektrumanalysator spricht
man von direkter Messung. Voraussetzung dafür ist, daß die Frequenzdrift
des Meßobjekts gegenüber der Sweep-Zeit des Spektrumanalysators klein
ist, da sich sonst die Frequenz des zu vermessenden Oszillators während
der Messung zu sehr ändert, was die Meßergebnisse stark verfälscht. Die
Phasenrauschmessung mit einem Spektrumanalysator eignet sich daher
weniger für Messungen an freilaufenden Oszillatoren, sondern vorwiegend
für synthetisierte Signalquellen, die an eine stabile Referenz angebunden
sind.
6.1.1 Meßablauf
Für Oszillatoren wird üblicherweise das Einseitenbandphasenrauschen in
1 Hz Bandbreite bei einem bestimmten Trägerabstand (Offset) bezogen auf
den Trägerpegel angegeben (siehe Bild 6-1). Die Einheit ist entsprechend
dBc (1 Hz).
L
Grundlagen der Spektrumanalyse
L T
Oszillatorsignal
Häufige Messungen und Funktionserweiterungen
Zur Messung des Phasenrauschens mit einem Spektrumanalysator sind
daher zwei Schritte notwendig:
• Messung des Trägerpegels L T
• Messung des Phasenrauschleistungspegels L PN im Trägerabstand f off
Zur Auswertung muß zunächst das bei einem Trägerabstand f off mit einer
Auflösungsbandbreite B ZF gemessene Phasenrauschen auf 1 Hz Bandbreite
bezogen werden. Bei Verwendung des RMS-Detektors gilt:
L PN (ƒ off ) = L PN,mes (ƒ off ) – 10 · lgB R,ZF (Gl. 6-1)
mit L PN (f off ) Phasenrauschleistungspegel bei einem Trägerabstand
f off bezogen auf 1 Hz Bandbreite, in dBm
L PN,mes (f off ) bei einer Rauschbandbreite von B R,ZF mit dem RMS-
Detektor gemessener Phasenrauschleistungspegel,
in dBm
B R,ZF Rauschbandbreite des Auflösefilters, in Hz
Abhängig von der Filterimplementierung kann die Rauschbandbreite des
Auflösefilters aus dessen 3-dB-Bandbreite mit den in Tabelle 4-1 aufgeführten
Umrechnungsfaktoren berechnet werden. Wird zur Messung
des Phasenrauschens anstelle des RMS-Detektors der Sample-Detektor
verwendet und die Meßkurve durch eine schmale Videobandbreite oder
Meßkurvenmittelung gemittelt, so wird das Rauschen, wie in Kapitel 4.4,
Detektoren, beschrieben, unterbewertet. Es gilt dann:
L PN (ƒ off ) = L PN,mes (ƒ off ) – 10 · lgB R,ZF + 2,5 dB (Gl. 6-2)
mit L PN,mes (f off ) bei einer Rauschbandbreite von B R,ZF mit dem
Sample-Detektor gemessener, gemittelter Phasenrauschleistungspegel,
in dBm
L PN
f T
f off
1 Hz
Bild 6-1 Definition des Einseitenbandphasenrauschens
f
Der Phasenrauschleistungspegel in 1 Hz Bandbreite ist nun auf den
Trägerpegel zu beziehen:
L(ƒ off ) = L PN (ƒ off ) – L T (Gl. 6-3)
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