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 />
4.6 Wesentliche Abhängigkeiten<br />
Einige Einstellungen des Analysators sind voneinan<strong>der</strong> abhängig. Um<br />
Meßfehler zu vermeiden, sind diese Parameter bei mo<strong>der</strong>nen Spektrumanalysatoren<br />
im normalen Betriebsfall miteinan<strong>der</strong> verkoppelt, d. h. bei<br />
Än<strong>der</strong>ung einer Einstellung werden automatisch alle davon abhängigen<br />
Größen entsprechend angepaßt. Die einzelnen Parameter können aber<br />
auch voneinan<strong>der</strong> unabhängig vom Benutzer eingestellt werden. Für solche<br />
Fälle ist es beson<strong>der</strong>s wichtig, die genauen Zusammenhänge und Auswirkungen<br />
zu verstehen.<br />
4.6.1 Sweep-Zeit, Span, Auflöse- und Videobandbreite<br />
Min. Sweep-Zeit / s<br />
10e+6<br />
1e+6<br />
100e+3<br />
10e+3<br />
1e+3<br />
100e+0<br />
10e+0<br />
1e+0<br />
100e-3<br />
10e-3<br />
1e-3<br />
100e-6<br />
10e-6<br />
k = 1<br />
k = 2,5<br />
FFT-Filter (praktisch)<br />
FFT-Filter (theoretisch)<br />
Bei Verwendung von analogen o<strong>der</strong> digitalen ZF-Filtern wird die maximal<br />
zulässige Sweep-Geschwindigkeit durch die Einschwingzeit von ZF-Filter<br />
und Videofilter begrenzt. Letzteres hat keinen Einfluß, sofern die Videobandbreite<br />
größer als die Auflösebandbreite ist. In diesem Fall steigt die<br />
notwendige Einschwingdauer mit kleiner werden<strong>der</strong> Auflösebandbreite<br />
quadratisch, d. h. eine Verringerung um den Faktor n führt zu einer um n 2<br />
längeren minimal erfor<strong>der</strong>lichen Sweep-Zeit. Es gilt:<br />
∆ƒ<br />
T Sweep = k · (Gl. 4-17)<br />
B 2 ZF<br />
mit T Sweep minimal erfor<strong>der</strong>liche Sweep-Zeit (bei gegebenem Span<br />
und Auflösebandbreite), in s<br />
B ZF Auflösebandbreite, in Hz<br />
∆f darzustellen<strong>der</strong> Frequenzbereich (Span), in Hz<br />
k Proportionalitätsfaktor<br />
Der Proportionalitätsfaktor k ist abhängig von <strong>der</strong> Art des Filters und dem<br />
zulässigen Einschwingfehler. Bei analogen Filtern, die sich aus vier bzw.<br />
fünf Einzelkreisen zusammensetzen, beträgt <strong>der</strong> Proportionalitätsfaktor<br />
k = 2,5 (max. Einschwingfehler ca. 0,15 dB). Bei digital realisierten GAUSS-<br />
Filtern ist das Einschwingverhalten bekannt und exakt reproduzierbar.<br />
Durch entsprechende Korrekturen sind daher unabhängig von <strong>der</strong> Art des<br />
Eingangssignals im Vergleich zu analogen Filtern höhere Sweep-Geschwindigkeiten<br />
ohne Amplitudenverlust möglich. Es läßt sich damit ein k-Faktor<br />
von 1 erreichen. In Bild 4-28 ist die erfor<strong>der</strong>liche Sweep-Zeit bei einem<br />
1e-6<br />
1 10 100 1k 10k 100k 1M<br />
Auflösebandbreite / Hz<br />
Bild 4-28 Theoretisch erfor<strong>der</strong>liche Sweep-Zeit in Abhängigkeit von <strong>der</strong><br />
Auflösebandbreite bei einem Span von 1 MHz. Beispiel für die mit FFT-Filtern in<br />
einem mo<strong>der</strong>nen Spektrumanalysator erreichbaren Meßzeiten<br />
Span von 1 MHz in Abhängigkeit von <strong>der</strong> Auflösebandbreite dargestellt.<br />
Ist die Videobandbreite kleiner als die Auflösebandbreite, so wird die<br />
mindestens erfor<strong>der</strong>liche Sweep-Zeit auch durch die Einschwingzeit des<br />
Videofilters bestimmt. Diese nimmt, ähnlich wie beim ZF-Filter, mit abnehmen<strong>der</strong><br />
Bandbreite zu. Das Videofilter ist üblicherweise ein Tiefpaß 1. Ordnung,<br />
bei analoger Realisierung also ein einfaches RC-Glied. Zwischen<br />
Videobandbreite und Sweep-Zeit besteht daher ein linearer Zusammenhang.<br />
Ein Verringern <strong>der</strong> Videobandbreite um den Faktor n führt zu einer<br />
n-fachen Sweep-Zeit.<br />
Bei Unterschreitung <strong>der</strong> Mindest-Sweep-Zeit kann das ZF-Filter bzw.<br />
das Videofilter nicht mehr einschwingen, was zu Amplitudenverlust und<br />
einer verzerrten Signaldarstellung (Frequenzversatz) führt. Ein Sinussignal<br />
wird dadurch z. B. we<strong>der</strong> pegel- noch frequenzrichtig dargestellt (siehe Bild<br />
4-29). Aufgrund <strong>der</strong> verbreiterten Signaldarstellung ergibt sich zudem eine<br />
schlechtere effektive Auflösung.<br />
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