Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann
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<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Spektrumanalyse</strong><br />
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren<br />
Abhängig von <strong>der</strong> Meßaufgabe können Intermodulationsprodukte<br />
3. Ordnung und/o<strong>der</strong> Harmonische höherer Ordnung den Dynamikbereich<br />
einschränken. Der für die jeweilige Anwendung optimale Mischerpegel<br />
und <strong>der</strong> maximal damit erreichbare Dynamikbereich ergibt sich, wie in<br />
Bild 5-19 dargestellt, aus dem Schnittpunkt <strong>der</strong> Geraden für Rauschleistungspegel<br />
und Intermodulationsprodukte 3. Ordnung bzw. Harmonische<br />
2. Ordnung. In diesem Schnittpunkt ist <strong>der</strong> Pegel <strong>der</strong> Intermodulations-<br />
bzw. Verzerrungsprodukte gleich dem Rauschleistungspegel. Die<br />
Darstellung ist damit noch eindeutig.<br />
In Bild 5-19 wird bei einer Rauschbandbreite von 10 Hz ein maximaler<br />
intermodulationsfreier Bereich von etwa 98 dB gefunden. Dafür ist ein<br />
Mischerpegel von –42 dBm erfor<strong>der</strong>lich. Bei Aussteuerung des Spektrumanalysators<br />
(HF-Dämpfung 0 dB) mit zwei sinusförmigen Signalen, die jeweils<br />
einen Pegel von –42 dBm aufweisen, erreichen die Intermodulationsprodukte<br />
3. Ordnung einen Pegel von –42 dBm – 98 dB = –140 dBm.<br />
Der optimale Mischerpegel und <strong>der</strong> dabei erreichbare Dynamikbereich<br />
läßt sich auch berechnen:<br />
Bei optimalem Mischerpegel entspricht <strong>der</strong> Rauschleistungspegel dem<br />
Pegel <strong>der</strong> Intermodulationsprodukte. Gl. 5-28 und Gl. 5-29 sind daher<br />
gleichzusetzen und nach L mix aufzulösen. Man erhält<br />
(n – 1) · IPn e + L R,rel (n – 1) · IPn e –174 dBm+10·lg(B R,ZF )+NF<br />
L mix,opt = =<br />
n<br />
n<br />
(Gl. 5-32)<br />
mit L mix, opt optimaler Mischerpegel, in dBm<br />
IPn e Eingangs-Intercept-Punkt n. Ordnung des Analysators<br />
(0 dB HF-Dämpfung), in dB<br />
n Ordnung <strong>der</strong> Intermodulations- bzw. Verzerrungsprodukte,<br />
durch die <strong>der</strong> Dynamikbereich eingeschränkt wird<br />
B R,ZF Rauschbandbreite des Auflösefilters, in Hz<br />
NF Rauschmaß des Analysators, in dB<br />
Für n = 3, also Begrenzung des intermodulationsfreien Bereichs durch<br />
Intermodulationsprodukte 3. Ordnung erhält man<br />
2 · IP3 e + L R,rel 2 · IP3 e – 174 dBm + 10 · lg(B R,ZF ) + NF<br />
L mix,opt = = (Gl. 5-33)<br />
3<br />
3<br />
Für den optimalen Mischerpegel für maximalen Harmonischenabstand<br />
gilt<br />
IPk2 e + L R,rel IPk2 e – 174 dBm + 10 · lg(B R,ZF ) + NF<br />
L mix,opt = = (Gl. 5-34)<br />
2<br />
2<br />
Bei optimalem Mischerpegel entspricht <strong>der</strong> Dynamikbereich <strong>der</strong> Pegeldifferenz<br />
zwischen Mischerpegel und Intermodulationsprodukten n. Ordnung<br />
bzw. dem Rauschleistungspegel. Es gilt:<br />
n – 1<br />
n – 1<br />
DR max = · (IPn e – L R ) = · (IPn e + 174 dBm – 10 · lg(B R,ZF ) – NF)<br />
n<br />
n<br />
(Gl. 5-35)<br />
mit DR max maximaler Dynamikbereich, in dB<br />
IPn e Eingangs-Intercept-Punkt n. Ordnung des Analysators<br />
(0 dB HF-Dämpfung), in dBm<br />
n Ordnung <strong>der</strong> Intermodulations- bzw. Verzerrungsprodukte,<br />
durch die <strong>der</strong> Dynamikbereich eingeschränkt wird<br />
B R,ZF Rauschbandbreite des Auflösefilters, in Hz<br />
NF Rauschmaß des Analysators, in dB<br />
Entsprechend läßt sich daraus mit n = 3 ein maximaler intermodulationsfreier<br />
Bereich von<br />
2<br />
2<br />
DR max = · (IP3 e – L R ) = · (IP3 e + 174 dBm – 10 · lg(B R,ZF ) – NF)<br />
3<br />
3<br />
(Gl. 5-36)<br />
bzw. ein maximaler Harmonischenabstand (mit n = 2) von<br />
1<br />
1<br />
DR max = · (IPk2 e – L R ) = · (IPk2 e + 174 dBm – 10 · lg(B R,ZF ) – NF)<br />
2<br />
2<br />
(Gl. 5-37)<br />
ableiten.<br />
Betrachtet man Gl. 5-35, so erkennt man, daß zur Erzielung eines hohen intermodulationsfreien<br />
Bereichs sowohl ein möglichst hoher Intercept-<br />
Punkt als auch ein möglichst niedriges Rauschmaß erfor<strong>der</strong>lich sind. Zur<br />
schnellen Beurteilung des Dynamikbereichs eines Spektrumanalysators<br />
dient daher die sogenannte Figure of Merit (FOM). Es gilt:<br />
FOM = IP3 e – NF (Gl. 5-38)<br />
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