Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

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