Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann
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 />
max. L<br />
Eingangspegel<br />
Aussteuergrenze<br />
(Referenzpegel)<br />
q HF,1<br />
g ZF,1<br />
q HF,2<br />
L g mix,1<br />
ZF,2<br />
Mischerpegel<br />
L mix,2<br />
Dynamikbereich<br />
Eigenrauschen<br />
Eingang 1. Mischer Logarithmierer/<br />
Hüllkurvendetektor/<br />
A-D-Wandler<br />
Bild 4-32 Begrenzung des Dynamikbereichs durch Eigenrauschen in Abhängigkeit<br />
vom Mischerpegel<br />
Um den gesamten Dynamikbereich des Logarithmierers bzw. Hüllkurvendetektors<br />
(bei analogen ZF-Filtern) o<strong>der</strong> des A-D-Wandlers (bei digitalen ZF-<br />
Filtern) nutzen zu können, wird <strong>der</strong> Signalpegel mit Hilfe des ZF-Verstärkers<br />
in <strong>der</strong> letzten ZF-Ebene entsprechend angepasst. Die Verstärkung ist<br />
so zu wählen, daß Signale, die den Referenzpegel erreichen, zur Vollaussteuerung<br />
des Logarithmierers, Hüllkurvendetektors (bei linearer Pegeldarstellung)<br />
bzw. A-D-Wandlers (bei digitalen ZF-Filtern) führen. Die ZF-Verstärkung<br />
wird daher indirekt über den Referenzpegel eingestellt, wobei<br />
eine Abhängigkeit von <strong>der</strong> gewählten Eichleitungseinstellung besteht. Bei<br />
gleichem Referenzpegel ist die ZF-Verstärkung mit zunehmen<strong>der</strong> HF-<br />
Dämpfung, also abnehmendem Mischerpegel, zu erhöhen (vgl. g ZF,1 und<br />
g ZF,2 in Bild 4-32).<br />
Überschreitet <strong>der</strong> Pegel eines darzustellenden Eingangssignals den<br />
Referenzpegel, so kann dies zur Übersteuerung führen. Die ZF-Verstärkung<br />
muß dann durch Erhöhen des Referenzpegels verringert werden.<br />
Kopplung von Referenzpegel und HF-Dämpfung<br />
In mo<strong>der</strong>nen Spektrumanalysatoren kann die HF-Dämpfung an die Referenzpegeleinstellung<br />
gekoppelt werden. Kopplungskriterium ist <strong>der</strong> maximale<br />
Mischerpegel, <strong>der</strong> durch ein Eingangssignal, dessen Pegel dem Referenzpegel<br />
entspricht, erreicht wird. Der bei Vollaussteuerung erreichte<br />
Mischerpegel ergibt sich daher aus <strong>der</strong> Differenz zwischen Referenzpegel<br />
und HF-Dämpfung. Es gilt:<br />
L mix = L in,max – a HF = L Ref – a HF (Gl. 4-18)<br />
mit L mix Pegel am Eingang des ersten Mischers bei Vollaussteuerung,<br />
in dBm<br />
L in,max Eingangspegel, <strong>der</strong> zur Vollaussteuerung führt, in dBm<br />
L Ref Referenzpegel, in dBm<br />
a HF über Eichleitung eingestellte HF-Dämpfung (RF Att), in<br />
dB<br />
Wie gezeigt wurde, ist bei <strong>der</strong> Wahl des Mischerpegels ein Kompromiß zwischen<br />
niedriger Rauschanzeige und niedrigen Verzerrungsproduktion zu<br />
suchen. Um den Mischerpegel für bestimmte Anwendungen zu optimieren,<br />
bieten manche Analysatoren daher dem Benutzer die Möglichkeit, den bei<br />
Vorgabe des Referenzpegels einzustellenden Mischerpegel frei zu wählen.<br />
Oft stehen bereits vordefinierte Kopplungsgrade zur Verfügung:<br />
• Niedrige Rauschanzeige (Low Noise)<br />
Je niedriger die HF-Dämpfung, desto weniger wird <strong>der</strong> Signal-Rausch-Abstand<br />
vor dem ersten Mischer verringert. Für eine niedrige Rauschanzeige<br />
ist daher ein hoher Mischerpegel notwendig (vgl. auch Kapitel 5.1,<br />
Eigenrauschen).<br />
• Niedrige Verzerrungsprodukte (Low Distortion)<br />
Die in einem Spektrumanalysator aufgrund seiner Nichtlinearitäten entstehenden<br />
Verzerrungsprodukte sind um so niedriger, je niedriger <strong>der</strong><br />
Mischerpegel ist. Die HF-Dämpfung ist in diesem Modus daher höher<br />
(vgl. auch Kapitel 5.2, Nichtlinearitäten).<br />
Als Beispiel sind in Tabelle 4-2 typische Einstellungen von HF-Dämpfung<br />
und ZF-Verstärkung bei vorgegebenem Referenzpegel für die verschiedenen<br />
Modi dargestellt. Man erkennt, daß in diesem Beispiel auch bei sehr<br />
niedrigen Referenzpegeln immer eine HF-Dämpfung von mindestens 10<br />
dB eingestellt wird. Der erste Mischer wird dadurch zum einen geschützt,<br />
zum an<strong>der</strong>en wird eine bessere Eingangsanpassung und damit eine<br />
höhere Pegelgenauigkeit bei Absolutpegelmessungen erreicht (siehe auch<br />
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