Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann
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<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Spektrumanalyse</strong><br />
Praktische Realisierung eines Analysators<br />
4.2 ZF-Signalverarbeitung<br />
Die eigentliche ZF-Signalverarbeitung erfolgt auf <strong>der</strong> letzten Zwischenfrequenz,<br />
hier 20,4 MHz. Das Signal wird hier verstärkt und mit dem ZF-<br />
Filter die Auflösebandbreite festgelegt.<br />
Die Verstärkung ist in dieser letzten ZF in bestimmten Stufen (in<br />
diesem Beispiel in 0,1-dB-Schritten) einstellbar. Es kann dadurch <strong>der</strong> maximale<br />
Signalpegel innerhalb <strong>der</strong> folgenden Signalverarbeitung unabhängig<br />
von <strong>der</strong> Eichleitungseinstellung, also unabhängig vom Mischerpegel, konstant<br />
gehalten werden kann. Mit zunehmen<strong>der</strong> Dämpfung <strong>der</strong> Eichleitung<br />
ist die ZF-Verstärkung zu erhöhen, so daß <strong>der</strong> Dynamikbereich des später<br />
folgenden Hüllkurvendetektors bzw. A-D-Wandlers in vollem Umfang ausgenutzt<br />
wird (siehe hierzu auch Kapitel 4.6, Wesentliche Zusammenhänge).<br />
Mit dem ZF-Filter wird <strong>der</strong> Ausschnitt des in die ZF-Lage umgesetzten<br />
Eingangssignals festgelegt, <strong>der</strong> an bestimmter Stelle <strong>der</strong> Frequenzachse<br />
zur Anzeige gebracht werden soll. Aufgrund <strong>der</strong> hohen Flankensteilheit<br />
und <strong>der</strong> daraus resultierenden Selektionseigenschaften wäre hierfür ein<br />
Rechteckfilter wünschenswert. Solche Rechteckfilter sind aufgrund ihres<br />
Einschwingverhaltens für die <strong>Spektrumanalyse</strong> jedoch nicht geeignet. Wegen<br />
<strong>der</strong> langen Einschwingdauer könnte das Spektrum eines Eingangssignals<br />
nur durch sehr langsames Verän<strong>der</strong>n <strong>der</strong> LO-Frequenz auf die Zwischenfrequenz<br />
umgesetzt werden, da sich an<strong>der</strong>nfalls Pegelfehler ergeben<br />
würden. Kurze Meßzeiten können durch die Verwendung von einschwingoptimierten<br />
GAUSS-Filtern erreicht werden. Die Übertragungsfunktion eines<br />
solchen Filters ist in Bild 4-8 dargestellt.<br />
lg (H U (f)) / dB<br />
0<br />
– 3<br />
– 6<br />
H U(f)<br />
H U,0<br />
0,5<br />
Leistungsübertragungsfunktion<br />
Spannungsübertragungsfunktion<br />
Bild 4-8 Spannungsübertragungsfunktion eines GAUSS-Filters<br />
im logarithmischen Pegelmaßstab<br />
Im Gegensatz zu Rechteckfiltern, bei denen <strong>der</strong> Übergang vom Durchlaßin<br />
den Sperrbereich abrupt ist, muß für Filter mit begrenzter Flankensteilheit<br />
eine Definition <strong>der</strong> Bandbreite gefunden werden. In <strong>der</strong> allgemeinen<br />
<strong>Spektrumanalyse</strong> ist die Angabe <strong>der</strong> 3-dB-Bandbreite üblich, also des Frequenzabstands<br />
<strong>der</strong> beiden Punkte <strong>der</strong> Übertragungsfunktion, an denen die<br />
Einfügedämpfung des Filters gegenüber H 2 U (f) <strong>der</strong> Mittenfrequenz um 3 dB zugenommen<br />
hat.<br />
H<br />
2<br />
U,0<br />
f 0<br />
Impulsbandbreite<br />
B I<br />
f<br />
0,5<br />
Bild 4-9 Spannungs- und Leistungsübertragungsfunktion<br />
eines GAUSS-Filters im linearen Pegelmaßstab<br />
f 0<br />
Rauschbandbreite<br />
B R<br />
Bei vielen Messungen an Rauschen o<strong>der</strong> rauschähnlichen Signalen (z. B.<br />
digital modulierten Signale) müssen gemessene Pegel auf die Meßbandbreite,<br />
hier die Auflösebandbreite, bezogen werden. Dazu muß die äquivalente<br />
Rauschbandbreite +∞ B R des ZF-Filters bekannt sein, die sich aus dessen<br />
1<br />
Übertragungsfunktion wie folgt berechnen läßt<br />
H 2 U,0<br />
0<br />
B R = · ∫ H 2 U (ƒ) · dƒ (Gl. 4-7)<br />
mit B R Rauschbandbreite, in Hz<br />
H U (f) Spannungsübertragungsfunktion<br />
H U,0 Wert <strong>der</strong> Spannungsübertragungsfunktion in Bandmitte<br />
(bei f 0 )<br />
f<br />
– 60<br />
f 0<br />
f<br />
Eine Veranschaulichung ist am einfachsten bei Betrachtung <strong>der</strong> Leistungsübertragungsfunktion<br />
im linearen Pegelmaßstab möglich (siehe Bild 4-9).<br />
Die Rauschbandbreite entspricht dabei <strong>der</strong> Breite eines Rechtecks mit gleicher<br />
Fläche wie die Fläche unter <strong>der</strong> Übertragungsfunktion H U2 (f). Auswir-<br />
46<br />
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