Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Praktische Realisierung eines Analysators
mit U AV mittlere Spannung, in V
N Anzahl der Abtastwerte (Samples), die dem entsprechenden
Pixel zugeordnet sind
u i Abtastwerte der Hüllkurve, in V
Wie beim RMS-Detektor kann daraus mit dem Bezugswiderstand R die
Leistung berechnet werden (vgl. Gl. 4-12).
• Quasi-Peak-Detektor
Der Quasi-Peak-Detektor ist ein Spitzenwertdetektor für die Störmeßtechnik
mit definierter Lade- und Entladezeit. Diese Zeiten sind in der Vorschrift
für Geräte zur Messung von Störemissionen CISPR 16-1 [4-4] festgelegt.
Der Detektor wird hier nicht im Detail betrachtet. Eine genaue
Beschreibung findet sich in Kapitel 6.2.5.1.
Ist die Abtastrate des A-D-Wandlers konstant, so erhöht sich bei längerer
Sweep-Zeit auch die Anzahl der Meßwerte (Samples), die einem bestimmten
Pixel zugeordnet sind. Die Auswirkungen auf die dargestellte Meßkurve
hängen von der Art des Eingangssignals und dem gewählten Detektor
ab. Sie werden im folgenden Abschnitt beschrieben.
Auswirkungen der Detektoren auf die Darstellung verschiedener Eingangssignale
Abhängig von der Art des Eingangssignals führen die verschiedenen
Detektoren teilweise zu unterschiedlichen Meßergebnissen. Geht man wieder
davon aus, daß der Spektrumanalysator auf die Frequenz des Eingangssignals
fest abgestimmt ist (Span 0 Hz), so ist die Hüllkurve des ZF-
Signals und damit auch die Videospannung bei einem sinusförmigen
Eingangssignal mit ausreichendem Signal-Rausch-Abstand konstant. Der
Pegel des angezeigten Signals ist deshalb unabhängig vom gewählten
Detektor, da alle Samples den gleichen Pegel aufweisen und auch der daraus
berechnete Mittelwert (AV-Detektor) sowie der Effektivwert (RMS-
Detektor) dem Pegel eines jeden einzelnen Samples entspricht.
Anders ist dies jedoch bei zufälligen Signalen wie z. B. Rauschen oder
rauschähnlichen Signalen, bei denen die Momentanleistung über der Zeit
variiert. Maximaler und minimaler Momentanwert sowie Mittelwert und
Effektivwert der Hüllkurve des ZF-Signals sind in diesem Fall voneinander
verschieden.
Für die Leistung eines beliebigen Signals gilt:
( )
1 1
P = · lim · ∫ u 2 (t)dt (Gl. 4-14)
R T→∞ T
– T 2
+ T 2
bzw. bei Betrachtung in einem bestimmten, eingeschränkten Zeitraum T
1 1
P = · · ∫ u 2 (t)dt (Gl. 4-15)
R T
t– T 2
t+ T 2
Ebenso läßt sich im gegebenen Betrachtungszeitraum T auch ein Spitzenwert
der Momentleistung finden. Der Zusammenhang zwischen diesem
Spitzenwert und der Leistung wird durch den sogenannten Crest-Faktor
angegeben. Es gilt:
P
(
S
)
CF = 10 · lg (Gl. 4-16)
P
mit CF Crest-Faktor, in dB
P S Spitzenwert der Momentanleistung im Betrachtungszeitraum
T, in W
P Leistung, in W
Bei Rauschen können theoretisch alle Spannungswerte auftreten, d. h. der
Crest-Faktor wäre beliebig hoch. Da aber die Wahrscheinlichkeit für sehr
hohe bzw. sehr niedrige Spannungswerte gering ist, erhält man in der
Praxis bei hinreichend langer Beobachtungszeit für Gausssches Rauschen
einen Crest-Faktor von etwa 12 dB. Digital modulierte Signale weisen oft
ein rauschähnliches Spektrum auf. In der Regel weicht aber der Crest-Faktor
von dem des GAUSSschen Rauschens ab. In Bild 4-23 sind Spitzenwert
und Effektivwert von GAUSSschem Rauschen und einem IS95-CDMA-Signal
(Forward Channel) dargestellt.
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