Projekt : Ein einfacher Spektrumanalysator bis 100 MHz EMVSpek

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

2 Modulationsverfahren AM und FM durchaus noch Prinzipielles lernen. Bei den allerneuesten Verfahren muss man dagegen vermuten, dass sogar die Erfinder gedankliche Probleme haben. Aber auch in niedrigen Frequenzbereichen gibt es heute Aufgaben, an denen man sauberes Layout und HFgerechtes Denken üben kann. Das ist das Thema Leistungselektronik, die vielen Schaltnetzteile und die Motorsteuerungen. Hier sind ganz praktische und auch dringende Aufgaben zu erledigen, für die man sich gedanklich und messtechnisch erst einmal rüsten muss. Warum also nicht als Projekt einen kleinen Spektrumanalysator ins Auge fassen ? Bis 100 MHz wäre ein schöner, glatter Wert. Er reicht auch für die genannte Thematik. Und wenn es beim Aufbau nicht recht weitergeht, kann man sogar mit einem etwas teuereren Oszilloskop nach dem Rechten sehen. Die Schaltungstechnik Spektrumanalysatoren in der klassischen Form sind Schmalbandfilter, deren Mittenfrequenz periodisch verändert wird, gefolgt von einem Gleichrichter, meist mit logarithmischer Kennlinie. Dargestellt wird dann in der Horizontalen die momentane Mittenfrequenz des Filters und in der Vertikalen der Logarithmus der gemessenen HochfrequenzSpannung nach dem Filter. Damit man Signalgemische gut trennen kann und damit das Eigenrauschen klein bleibt, werden sehr geringe Bandbreiten benötigt. Typischerweise liegt die notwendige Filterbreite unter 1 % des dargestellten Frequenzbereiches. Hierfür ist keine direkte technische Lösung bekannt, zumindest keine, die bei Frequenz 0 Hz beginnt und bei vielen 100 MHz endet. Man behilft sich daher, wie bei jedem Radio, mit dem Trick der „Überlagerung". Er besteht darin, eine variable Frequenz mit dem zu untersuchenden Signal zu „mischen" und das Ergebnis mit einem schmalbandigen, aber festfrequenten Filter zu analysieren. Mischen bedeutet hier die fortlaufende Multiplikation von 2 Spannungswerten, die sich über die Zeit gesehen periodisch ändern. Sind es sinusförmig verlaufende Spannungen, entstehen durch die Multiplikation 2 neue, überlagerte Sinusspannungen mit einer Frequenz, die der Summe und der Differenz der ursprünglichen Frequenzen entsprechen. Die Formel dazu steht in jedem SchulTafelwerk, ist also einfachste Mathematik. Ein Überlagerungsempfänger, bestehend aus Oszilllator, Mischer und festfrequentem Filter, hat demnach stets 2 Frequenzbereiche, für die Empfang möglich ist. Die zweite, elektrisch gleichwertige Frequenz nennt man auch Spiegelfrequenz, in Abgrenzung zur genutzten Frequenz.
3 Bild 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Analysators. Das Signalgemisch am Eingang wird der Reihe nach mit der Sinusspannung aus einem VCO (Voltage controlled oscillator) im Bereich von 125225 MHz multipliziert und dabei gefragt, ob Frequenzanteile auftreten, die bei 125 MHz liegen, faktisch bei der Differenzfrequenz. Die Summenfrequenz, hier als störende Spiegelfrequenz definiert, liegt entsprechend bei 250350 MHz. Damit weder direkt auf 125 MHz, der Zwischenfrequenz (ZF), noch auf der Spiegelfrequenz Empfang möglich ist, werden die Signale am Eingang auf 100 MHz begrenzt. Auch bei 125 MHz wäre ein festfrequentes, schmalbandiges Filter schwer zu realisieren. Daher folgt ein zweiter Mischvorgang, diesmal mit einer festen Frequenz von 125 MHz. Nähert sich das Signal aus dem ersten Mischer beim gleichmäßigen Durchstimmen des VCOs den 125 MHz, liefert der zweite Mischer ein Signal, dessen Frequenz bis nach Null absinkt und dann wieder ansteigt, eine Art Schwebung. Ein nachfolgender, niederfrequenter Tiefpass unterdrückt alle höheren Frequenzen, so dass der logarithmische Gleichrichter nur dann ein Signal erhält, wenn die ZF in der Nähe der 125 MHz liegt. Aufgetragen über die Zeit ergibt sich nach dem Gleichrichter die gewünschte „Spektrallinie". Sie besteht, genau betrachtet, aus der Durchlasskurve des Tiefpassfilters, wobei die eine Flanke die zeitliche Spiegelung der anderen Flanke ist. Für die Realisierung dieses „Auflösungsfilters" gibt es auch anderer Lösungen, die hier verwendete ist aber mit Abstand die einfachste. Sie ist allerdings nur dynamisch brauchbar, denn bei fester Abstimmung auf genau 125 MHz hätte man nicht, wie zu erwarten, den Maximalwert, sondern Frequenz 0 Hz, einen von der Phasenverschiebung abhängigen Gleichspannungspegel. Bild 1 Blockschaltbild des Spektrumanalysators. Signale im Bereich von 0100 MHz werden durch Mischung mit einer variablen Frequenz auf 125 MHz umgesetzt und dann mit logarithmischer Kennlinie gleichgerichtet.
Seite 1: Ein SpektrumAnalysator zum Selbst
Seite 5 und 6: 5 Nach dem Begrenzer folgt ein
Seite 7 und 8: 7 Mischer. Die Wahl der Abblock
Seite 9 und 10: Layoutfragen 9 Bild 5 zeigt ein
Seite 11 und 12: 11 Bild 6 So ähnlich sollte da

Projekt : Ein einfacher Spektrumanalysator bis 100 MHz EMVSpek

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?