Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Praktische Realisierung eines Analysators
A
Wesentlich einfacher hingegen ist das Prinzip der hohen ersten Zwischenfrequenz
(siehe Bild 4-4).
Umsetzung
Eingangsfilter
Eingangsfrequenzbereich
f ZF = f LO – f E
f ZF
LO-Frequenzbereich
Bild 4-4 Prinzip der hohen Zwischenfrequenz
Spiegelfrequenzbereich
f ZF = f Sp – f LO
Der Spiegelfrequenzbereich liegt dabei über dem Eingangsfrequenzbereich.
Da sich in diesem Fall beide Frequenzbereiche nicht überlappen, ist
die Spiegelfrequenzunterdrückung durch einen fest abgestimmten Tiefpaß
möglich. Für die Umsetzung des Eingangssignals gilt hierbei
ƒ ZF = ƒ LO – ƒ e , (Gl. 4-4)
bzw. für die Spiegelempfangsstelle
ƒ ZF = ƒ Sp – ƒ LO . (Gl. 4-5)
Eingangsteil für Frequenzen bis 3 GHz
Das Konzept der hohen Zwischenfrequenz wird in dem hier beschriebenen
Analysator zur Abdeckung des Frequenzbereichs von 9 kHz bis 3 GHz realisiert.
Nach der eingangsseitigen Eichleitung (2) folgt daher zunächst ein
Tiefpaß-Filter (3) zur Unterdrückung des Spiegelempfangs. Augrund der
begrenzten Isolation zwischen HF- und ZF-Tor sowie zwischen LO- und HF-
Tor des ersten Mischers dient dieser Tiefpaß auch zur Minimierung des
ZF-Durchschlags bzw. der Lokaloszillatorstörstrahlung am HF-Eingang.
Die erste Zwischenfrequenz beträgt in diesem Beispiel 3476,4 MHz.
Um den gesamten Eingangsfrequenzbereich von 9 kHz bis 3 GHz auf
3476,4 MHz umsetzen zu können, muß das LO-Signal (5) im Frequenzbereich
von 3476,409 MHz bis 6476,4 MHz abstimmbar sein. Daraus er-
f
gibt sich nach Gl. 4-5 ein Spiegelfrequenzbereich von 6952,809 MHz bis
9952,8 MHz.
Messung an Signalen mit Gleichspannungsanteil
Viele Spektrumanalysatoren, besonders Modelle, die eine sehr niedrige
untere Eingangsfrequenzgrenze aufweisen (z. B. 20 Hz), sind
gleichspannungsgekoppelt, d. h. zwischen HF-Eingang und erstem
Mischer sind keine Koppelkondensatoren im Signalfeld enthalten.
An den Eingang eines Mischers darf aber keine Gleichspannung
gelangen. Dies führt in der Regel zur Zerstörung der Mischerdioden.
Für Messungen an Signalen, die einen Gleichanteil aufweisen,
ist daher bei gleichspannungsgekoppelten Spektrumanalysatoren
ein externer Koppelkondensator (sog. DC-Block) zu
verwenden. Es ist dabei zu beachten, daß das Eingangssignal um
die Einfügedämpfung dieses DC-Blocks gedämpft wird. Die Einfügedämpfung
ist bei Absolutpegelmessungen zu berücksichtigen.
Zum Schutz vor Zerstörung des ersten Mischers verfügen manche
Spektrumanalysatoren bereits über einen integrierten Koppelkondensator.
Der Frequenzbereich wird dadurch nach unten eingeschränkt.
Wechselspannungsgekoppelte Analysatoren haben
daher eine höhere untere Eingangsfrequenzgrenze, z. B. 9 kHz.
Als Lokaloszillator wird aufgrund des weiten Abstimmbereichs und des
niedrigen Phasenrauschens (siehe auch Kapitel 5.3, Phasenrauschen) weitab
vom Träger meist ein YIG-Oszillator verwendet. Bei dieser Technologie
wird die Schwingfrequenz des Resonators mit einem Magnetfeld abgestimmt.
Manche Spektrumanalysatoren verwenden auch VCOs (voltage controlled
oscillator) als Lokaloszillatoren. Solche Oszillatoren verfügen zwar
über einen kleineren Abstimmbereich als YIG-Oszillatoren, lassen sich aber
mit deutlich höherer Geschwindigkeit abstimmen.
Zur Erhöhung der Frequenzgenauigkeit bei der Darstellung des aufgenommenen
Spektrums ist das LO-Signal synthetisiert, d. h. der Lokaloszillator
ist über einen Phasenregelkreis (6) an ein Referenzsignal (26) angebunden.
Im Gegensatz zu analogen Spektrumanalysatoren erfolgt die Abstimmung
der LO-Frequenz daher nicht kontinuierlich, sondern vielmehr in
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