Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Aufbau und Bedienelemente eines Spektrumanalysators
Aufgrund der begrenzten Bandbreite von verfügbaren A-D-Wandlern hoher
Auflösung ist bei FFT-Analysatoren ein Kompromiß zwischen Dynamik und
maximaler Eingangsfrequenz zu suchen. Ein hoher Dynamikbereich von
etwa 100 dB ist mit FFT-Analysatoren derzeit nur für niederfrequente Anwendungen
bis etwa 100 kHz zu erreichen. Höhere Bandbreiten sind mit
geringerer Dynamik verbunden.
Im Gegensatz zu anderen Analysatorkonzepten bleibt bei der komplexen
Fourier-Transformation die Phaseninformation erhalten. Mit FFT-
Analysatoren kann daher das komplexe Spektrum nach Betrag und Phase
ermittelt werden. Bei hinreichend hoher Rechengeschwindigkeit ist
darüber hinaus auch Echtzeitanalyse möglich.
Weniger geeignet sind FFT-Analysatoren für die Analyse von gepulsten
Signalen (siehe Bild 3-7). Das Ergebnis der FFT ist dabei vom betrachteten
Ausschnitt der Zeitfunktion abhängig. Für eine korrekte Analyse ist deshalb
eine gewisse Vorkenntnis über das zu analysierende Signal, z. B. zum
gezielten Auslösen einer Messung (Trigger), notwendig.
3.2 Analysatoren nach dem Überlagerungsprinzip
Aufgrund der begrenzten Bandbreite verfügbarer A-D-Wandler eignen sich
FFT-Analysatoren lediglich für Messungen an niederfrequenten Signalen.
Um dennoch Spektren höherfrequenter Signale bis in den Mikrowellenbzw.
Millimeterwellenbereich darstellen zu können, werden Analysatoren
mit Frequenzumsetzung verwendet. Das Spektrum des Eingangssignals
wird dabei nicht aus dem Zeitverlauf berechnet, sondern durch Analyse direkt
im Frequenzbereich ermittelt. Für eine solche Analyse ist es notwendig,
das Eingangsspektrum in seine einzelnen Komponenten zu zerlegen.
Dies könnte durch ein abstimmbares Bandpaß-Filter, wie in Bild 3-8 gezeigt,
erfolgen.
Eingang
Abstimmbarer
Bandpaß
Verstärker
Detektor
Anzeige
y A
x
abstimmbares Bandpaßfilter
A
Fenster
N·T A = n·T 0
Sägezahn
0
Bild 3-8 Blockschaltbild eines Spektrumanalysators mit
abstimmbarem Bandpaß-Filter
f e
T 0
A
N·T A
29
f
A
1 f
1
––
––
T 0 T 0
Bild 3-7 FFT bei gepulsten Signalen.
Das Meßergebnis hängt vom Zeitpunkt der Messung ab.
A
t
f
Die Filterbandbreite entspricht dabei der Auflösebandbreite (Resolution
Bandwidth, RBW) des Analysators. Je kleiner diese Auflösebandbreite,
desto höher ist die spektrale Auflösung des Analysators.
Schmalbandige, über den gesamten Eingangsfrequenzbereich moderner
Spektrumanalysatoren abstimmbare Filter sind technisch jedoch
kaum realisierbar. Darüber hinaus haben abstimmbare Filter eine, bezogen
auf die Mittenfrequenz, konstante relative Bandbreite. Mit steigender
Mittenfrequenz nimmt daher die absolute Bandbreite zu, wodurch dieses
Konzept für die Spektrumanalyse nicht geeignet ist.
Spektrumanalysatoren für höhere Eingangsfrequenzbereiche arbeiten
daher in der Regel nach dem Prinzip des Überlagerungsempfängers (Heterodyn-Prinzip).
Das Blockschaltbild eines solchen Empfängers ist in Bild
3-9 dargestellt.
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