Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren
Um unerwünschte Produkte aufgrund von Verzerrungen zu vermeiden, ist
der maximal darzustellende Eingangspegel (Referenzpegel) deutlich unter
dem 1-dB-Kompressionspunkt zu halten. Durch die Verkopplung von Referenzpegel
und Eichleitungseinstellung (siehe 4.6, Wesentliche Abhängigkeiten)
wird daher bei einer HF-Dämpfung von 0 dB der maximal einstellbare
Referenzpegel begrenzt, im vorliegenden Beispiel auf –10 dBm. Der
1-dB-Kompressionspunkt kann daher nicht direkt nachgemessen werden.
Dennoch kommt ihm bei vielen Messungen eine besondere Bedeutung zu:
Bei Phasenrauschmessungen wird zum Beispiel an den Eingang des
Spektrumanalysators ein einziges, sinusförmiges Signal angelegt. Selbst
bei Aussteuerung bis nahe an den 1-dB-Kompressionspunkt können keine
Intermodulationsprodukte in der Nähe des Eingangssignals in Erscheinung
treten. Durch die weite Aussteuerung entstehen im Spektrumanalysator
lediglich Harmonische des Eingangssignals, die aber bei Phasenrauschmessungen
meist nicht störend sind. Durch die weite Aussteuerung
wird aber ein großer Signal-Rausch-Abstand erzielt und der Dynamikbereich
bei großen Trägerabständen dadurch für Messungen maximiert.
Im Gegensatz zum 1-dB-Kompressionspunkt, der Auskunft über die Aussteuerfähigkeit
eines Spektrumanalysators gibt, wird durch den maximalen
Eingangspegel die obere Grenze für einen „zerstörungsfreien“ Betrieb
angegeben. Dieser Wert darf nicht überschritten werden, da andernfalls
der Analysator beschädigt werden kann.
Der Grenzwert wird in der Regel durch das erste kritische Glied in der
Signalverarbeitungskette bestimmt. Dementsprechend muß stets die eingestellte
HF-Dämpfung in Betracht gezogen werden:
• HF-Dämpfung 0 dB
Das Eingangssignal passiert die Eichleitung ungedämpft, diese wird also
nicht belastet. Ausschlaggebend für den maximalen Eingangspegel ist daher
meist der nachfolgende erste Mischer. Aufgrund der im allgemeinen hohen
Belastbarkeit von Diplexer und mitlaufendem Bandpaß-Filter gilt dies
in unserem Beispiel auch für den hochfrequenten Eingangsteil (über 3 GHz).
• HF-Dämpfung >0 dB (hier ≥10 dB)
Das Eingangssignal wird bereits durch die Eichleitung gedämpft, so daß
die nachfolgenden Stufen meist vernachlässigt werden können. Der
angegebene Wert spiegelt somit die Belastbarkeit der Eichleitung wider.
Da beide Fälle für den praktischen Betrieb wichtig sind, werden sie in
Datenblättern unterschieden.
Eine weitere Unterscheidung wird hinsichtlich der Art des Eingangssignals
gemacht (siehe Bild 5-15):
Gleichspannung (DC voltage)
Bei gleichspannungsgekoppelten Spektrumanalysatoren entspricht dieser
Wert der maximalen für den Mischer verträglichen Gleichspannung. In der
Regel wird hierfür unabhängig von der HF-Dämpfung 0 V angegeben.
Bei Wechselspannungskopplung hingegen entspricht der angegebene
Wert der Spannungsfestigkeit des Koppelkondensators am Eingang des
Spektrumanalysators. In obigem Datenblattauszug ist dafür ein Wert von
50 V angegeben.
HF-Dauerleistung (continous wave (CW) RF power)
Dieser Wert gibt die maximale Gesamtleistung aller Eingangssignale an,
die ohne Zeitbeschränkung zulässig ist. Es wird dabei davon ausgegangen,
daß alle Eingangssignale stationär sind.
Spektrale Impulsdichte (pulse spectral density)
Gepulste Signale weisen ein sehr weites Spektrum mit vielen spektralen
Komponenten auf, deren Summenleistung einen bestimmten Wert nicht
überschreiten darf. Für Pulsspektren wird üblicherweise eine spektrale Impulsdichte
als Spannungspegel bezogen auf eine bestimmte Bandbreite,
meist 1 MHz, angegeben. In obigem Datenblattauszug (Bild 5-15) wird als
Grenzwert 97 dBµV/MHz spezifiziert.
Maximale Impulsenergie bzw. Impulsspannung (max. pulse energy bzw.
max. pulse voltage)
Bei sehr kurzen Impulsen in angemessen langen Abständen darf die Impulsleistung
den für die HF-Dauerleistung spezifizierten Wert deutlich
überschreiten. Es besteht dabei eine Begrenzung sowohl durch die maximale
Impulsenergie, hier für eine bestimmte Pulsdauer in mWs
angegeben, als auch durch die maximale Impulsspannung.
Oft wird aber auch die maximale Impulsleistung angegeben, die sich
aus Impulsenergie und -dauer wie folgt berechnen läßt:
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