Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Häufige Messungen und Funktionserweiterungen
6.2 Messungen an gepulsten Signalen
(Dipl.-Ing. Volker Janssen)
Nachrichtentechnische Anwendungen zur Informationsübermittlung –
lange Zeit überwiegend mit analogen Übertragungsverfahren realisiert –
werden heute zunehmend durch digitale Komponenten und Systeme ersetzt.
Diese arbeiten häufig mit pulsmodulierten Signalen, so etwa in der
Fernsehtechnik, bei Radar und Mobilfunk. Die spektrale Verteilung solcher
Signale bringt besondere Erfordernisse auf Seiten eines Spektrumanalysators
mit sich, der zu ihrer Messung eingesetzt werden soll. Ähnliches
gilt für eine andere Art von Meßsignalen, nämlich für hochfrequente, breitbandige
Störsignale, wie sie bei Schaltvorgängen oder auch bei der Takterzeugung
von Mikroprozessoren auftreten. Übrigens produziert fast jede
elektronische Schaltung neben den ihr zugedachten Nutzsignalen auch
solche unerwünschte Störaussendungen, die die Funktion der Schaltung
selbst oder die anderer elektronischer Komponenten beeinträchtigen können.
Eine „Eigenstörung“ nachrichtentechnischer Elektronik äußert sich
z.B. in der Verschlechterung von Spezifikationen wie dem Signal-Rausch-
Abstand (S/N) oder von Bitfehlerraten (Bit Error Rate, BER). Noch unangenehmer
wird der Fall, wenn die Störung über Leitungen oder durch Einstrahlung
auf andere Geräte übergreift und bei diesen zu
Beeinträchtigungen oder gar Fehlfunktionen führt. Die Verhinderung derartiger
Störemissionen einerseits und die Gewährleistung einer genügend
hohen Störfestigkeit andererseits ist Thema des Arbeitsgebiets Elektromagnetische
Verträglichkeit (EMV). Weltweit standardisierte Normen und
Richtlinien stellen hier die Reproduzierbarkeit von Störmessungen sicher
– und bilden die Grundlage für internationale Verfügungen über Stör-Grenzwerte,
deren Einhaltung das korrekte Funktionieren von elektronischen
Einheiten, Modulen, Geräten und Systemen sicherstellt.
Die Energie pulsmodulierter Signale verteilt sich theoretisch über das
gesamte Spektrum. Der gemessene Energieanteil hängt zudem stark
davon ab, mit welcher Bandbreite gemessen wird und an welcher Stelle
man sich im Spektrum befindet. Mißt man in der Nähe einer Nullstelle der
einhüllenden si-Funktion, so besteht die Gefahr, durch Fehleinstellung eine
Übersteuerung der Eingangsstufe zu verursachen, auf die das gesamte Energiespektrum
trifft, sofern keine Vorselektionsfilter verwendet werden,
die das Spektrum reduzieren und es dem Mischer der ersten Umsetzstufe
in „Teilabschnitten“ zuführen. Moderne Spektrumanalysatoren zeichnen
sich durch geringe Nichtlinearitäten und hohe Übersteuerungsfestigkeit
aus, d.h. durch hohe Intercept-Punkte 2. und 3. Ordnung sowie einen hohen
1-dB-Kompressionspunkt. Sie weisen zudem Übersteuerungsdetektoren
auf, mit deren Hilfe automatische Einstellungskorrekturen am Analysator
vorgenommen werden, die den Dynamikbereich optimieren und ihn über
eine automatische HF-Dämpfungseinstellung (Auto Range) in einen „ungefährlichen“
Pegelbereich verschieben. Damit wird dem Benutzer die Arbeit
erleichtert und eine sichere Messung gewährleistet.
6.2.1 Grundlagen
Die Beschreibung von Pulssignalen geht von der idealen, periodischen
Rechteckimpulsfolge aus. Die allgemeine reelle Fourierdarstellung ergibt
für den zeitabhängigen Spannungsverlauf u (t):
[ ( ) ]
n=1
T
τ
∞ 1 2nπτ
2nπτ
u(t)= Û 1+2 ·{sin cos nω 1 t + 1– cos sin nω
T Σ 2nπτ
T
T
1 t}
mit Û Amplitude
u(t) Zeitfunktion
τ Impulsdauer (-breite)
T Periodendauer
ω 1 Kreisfrequenz
n Ordnung der harmonischen Schwingung
(Gl. 6-5)
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