Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann
Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann
Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Spektrumanalyse</strong><br />
Praktische Realisierung eines Analysators<br />
• Analoge Filter<br />
• Digitale Filter<br />
•FFT<br />
Analoge ZF-Filter<br />
Mit analogen Filtern werden vorwiegend sehr große Auflösebandbreiten<br />
realisiert, bei dem hier beschriebenen Spektrumanalysator beispielsweise<br />
die Bandbreiten von 100 kHz bis 10 MHz. Mit solchen Filtern lassen sich<br />
GAUSS-Filter nicht exakt nachbilden. Es ist jedoch eine sehr gute Annäherung<br />
zumindest innerhalb <strong>der</strong> 20-dB-Bandbreite möglich, wodurch das Einschwingverhalten<br />
nahezu identisch zu dem eines GAUSS-Filters ist. Die<br />
Selektionseigenschaften hängen von <strong>der</strong> Anzahl <strong>der</strong> Filterkreise ab. In<br />
Spektrumanalysatoren sind vier Filterkreise üblich, man findet aber auch<br />
Geräte mit fünf Filterkreisen. Es lassen sich damit Formfaktoren von etwa<br />
14 bzw. 10 erreichen, während ein ideales GAUSS-Filter einen Formfaktor<br />
von 4,6 aufweist.<br />
In dem hier beschriebenen Spektrumanalysator werden ZF-Filter verwendet,<br />
die sich aus vier Einzelkreisen zusammensetzen. Die Filterung<br />
wird verteilt, d. h. mit jeweils zwei Filterkreisen (29 und 31) vor bzw. nach<br />
dem ZF-Verstärker (30) durchgeführt. Man erhält dadurch folgende Vorteile:<br />
• Durch die Filterkreise vor dem ZF-Verstärker werden Mischprodukte, die<br />
außerhalb des Durchlaßbereichs des ZF-Filters liegen, unterdrückt. Intermodulationsprodukte,<br />
die ohne Vorfilterung aufgrund solcher Signale im<br />
letzten ZF-Verstärker entstehen könnten, werden dadurch vermieden (siehe<br />
auch Kapitel 5.2, Nichtlinearitäten)<br />
• Mit den Filterkreisen nach dem ZF-Verstärker wird die Rauschbandbreite<br />
reduziert. Wäre das ZF-Filter konzentriert vor dem ZF-Verstärker angeordnet,<br />
so wäre die Gesamtrauschleistung bei <strong>der</strong> nachfolgenden Hüllkurvengleichrichtung<br />
aufgrund des Breitbandrauschens des ZF-Verstärkers<br />
deutlich höher.<br />
Digitale ZF-Filter<br />
Schmale Bandbreiten lassen sich vorteilhaft mit Hilfe digitaler Signalverarbeitung<br />
implementieren. Im Gegensatz zu analogen Filtern können<br />
damit ideale GAUSS-Filter realisiert werden, d. h. es kann eine wesentlich<br />
höhere Selektion erreicht werden (SF = 4,6), als mit vertretbarem Aufwand<br />
mit analogen Filtern. So haben analoge Filter bestehend aus fünf Einzelkreisen<br />
beispielsweise einen Formfaktor von etwa 10, während ein digital<br />
realisiertes, ideales GAUSS-Filter einen Formfaktor von 4,6 aufweist. Digitale<br />
Filter sind darüber hinaus abgleichfrei, stabil über <strong>der</strong> Temperatur und<br />
frei von Alterung. Sie weisen deshalb eine höhere Bandbreitengenauigkeit<br />
auf.<br />
Auch das Einschwingverhalten solcher Filter ist fest definiert und<br />
bekannt. Durch entsprechende Korrekturrechnung sind damit bei gleicher<br />
Bandbreite kürzere Sweep-Zeiten als mit analogen Filtern möglich (siehe<br />
auch Kapitel 4.6, Wesentliche Abhängigkeiten).<br />
Abweichend vom Blockschaltbild muß das ZF-Signal nach dem ZF-Verstärker<br />
zunächst mit einem A-D-Wandler abgetastet werden. Um die Einhaltung<br />
des Abtasttheorems sicherzustellen, ist die Bandbreite des<br />
ZF-Signals vor <strong>der</strong> Abtastung mit analogen Vorfiltern zu begrenzen. Diese<br />
Bandbegrenzung erfolgt vor dem ZF-Verstärker, wodurch – genau wie bei<br />
analogen Auflösebandbreiten – die Entstehung von Intermodulationsprodukten<br />
vermieden werden kann. Die Bandbreite des Vorfilters ist variabel,<br />
so daß sie abhängig von <strong>der</strong> eingestellten, digitalen Auflösebandbreite<br />
möglichst klein gewählt werden kann. Die Begrenzung <strong>der</strong><br />
Rauschbandbreite vor <strong>der</strong> Hüllkurvengleichrichtung erfolgt bereits durch<br />
das digitale ZF-Filter.<br />
Die Realisierung des digitalen ZF-Filters kann durch geeignete Strukturen,<br />
wie sie in [3-1] o<strong>der</strong> [3-2] beschrieben sind, erfolgen. Bei dem hier<br />
beschriebenen Spektrumanalysator werden mit digitalen Filtern die Auflösebandbreiten<br />
von 10 Hz bis 30 kHz realisiert.<br />
54<br />
55