Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Praktische Realisierung eines Analysators
Das auf die zweite ZF umgesetzte Eingangssignal wird erneut verstärkt,
mit einem Bandpaß zur Spiegelfrequenzunterdrückung für die dritte Umsetzung
gefiltert und mit Hilfe eines Mischers auf die niedrige ZF von 20,4
MHz umgesetzt. Dieses Signal wird nun der ZF-Signalverarbeitung zugeführt.
Eingangsteil für Frequenzen über 3 GHz
Das Prinzip der hohen ersten ZF erfordert einen hohen LO-Frequenzbereich
(f LO,max = f e,max + f 1.ZF ). Der erste Mischer muß dabei neben einem breitbandigen
HF-Eingang auch über einen sehr breitbandigen LO-Eingang und
ZF-Ausgang verfügen – Anforderungen, die mit zunehmender oberer Eingangsfrequenzgrenze
immer schwieriger zu realisieren sind. Dieses Konzept
ist daher nur für Eingangsfrequenzbereiche bis etwa 7 GHz geeignet.
Zur Erschließung des Mikrowellenbereichs muß auf andere Konzepte
zurückgegriffen werden. Folgende Aspekte sind dabei zu berücksichtigen:
• Der Frequenzbereich von z. B. 3 GHz bis 40 GHz umfaßt lediglich etwas
mehr als eine Dekade (9 kHz bis 3 GHz entspricht dagegen etwa 5,5 Dekaden).
• Im Mikrowellenbereich lassen sich mit Hilfe von YIG-Technologie [4-1]
weit abstimmbare Filter mit schmaler relativer Bandbreite herstellen. Abstimmbereiche
von 3 GHz bis 40 GHz oder 50 GHz sind damit durchaus
realisierbar.
Im höherfrequenten Eingangsteil wird das Signal über ein mitlaufendes
YIG-Filter (20) dem Mischer zugeführt. Die Mittenfrequenz des Bandpasses
entspricht dabei der Frequenz des auf die ZF umzusetzenden Eingangssignals.
Eine direkte Umsetzung auf eine niedrige ZF (in diesem Beispiel
20,4 MHz) gestaltet sich auch bei diesem Konzept aufgrund der Bandbreite
des YIG-Filters schwierig. Es ist daher vorteilhaft, das Signal wie
im niederfrequenteren Eingangsteil zunächst auf eine mittlere ZF (hier
404,4 MHz) umzusetzen.
In diesem Beispiel wäre zur Umsetzung des Eingangssignals als
oberes Seitenband, also für f ZF =f e –f LO , ein LO-Frequenzbereich von
2595,6 MHz bis 6595,6 MHz notwendig. Für die Umsetzung als unteres
Seitenband (f ZF =f LO –f e ) müßte der Lokaloszillator von 3404,4 MHz bis
7404,4 MHz durchstimmbar sein.
Kombiniert man beide Möglichkeiten, indem man in der Mitte des Eingangsfrequenzbandes
zwischen oberem und unterem Seitenband umschaltet,
so läßt sich dieses Konzept auch mit einem eingeschränkten LO-
Frequenzbereich von 3404,4 MHz bis 6595,6 MHz realisieren (siehe Bild
4-7).
A
f ZF
mitlaufende Vorselektion
LO-Frequenzbereich
Eingangsfrequenzbereich
Eingangssignal wird als
unteres Seitenband umgesetzt
f
Wie bereits erläutert, erfordert eine direkte Umsetzung des Eingangssignals
auf eine niedrige Zwischenfrequenz ein mitlaufendes Bandpaß-Filter
zur Spiegelfrequenzunterdrückung. Im Gegensatz zum Frequenzbereich
bis 3 GHz läßt sich eine solche Vorselektion aufgrund der oben
aufgeführten Gesichtspunkte für den Bereich über 3 GHz realisieren. Der
Lokaloszillator muß bei diesem Konzept nur in einem Frequenzbereich,
der etwa dem Eingangsfrequenzbereich entspricht, abstimmbar sein.
Im konkreten Beispiel soll damit der Frequenzbereich des Spektrumanalysators
um den Bereich von 3 GHz bis 7 GHz erweitert werden. Nach
der Eichleitung wird hierzu das Eingangssignal über einen Diplexer (19) in
den Frequenzbereich 9 kHz bis 3 GHz sowie 3 GHz bis 7 GHz aufgeteilt und
den entsprechenden HF-Eingangsteilen zugeführt.
A
f ZF
f e,min
LO-Frequenzbereich
Eingangsfrequenzbereich
Eingangssignal wird als
oberes Seitenband umgesetzt
f e,max
Eingangsfrequenzbereich
= Abstimmbereich des Eingangsfilters
Bild 4-7 Umsetzung auf eine niedrige Zwischenfrequenz;
Spiegelfrequenzunterdrückung durch mitlaufende Vorselektion
Das auf die ZF von 404,4 MHz umgesetzte Signal wird verstärkt (23) und
in den entsprechenden ZF-Signalpfad des niederfrequenten Eingangsteils
über einen Schalter (13) eingekoppelt.
f
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