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 />
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren<br />
Je höher <strong>der</strong> FOM-Wert, desto größer <strong>der</strong> maximal erreichbare intermodulationsfreie<br />
Bereich. Mo<strong>der</strong>ne Analysatoren <strong>der</strong> High-End-Klasse erreichen<br />
<strong>der</strong>zeit mit einem typischen Intercept-Punkt 3. Ordnung von<br />
15 dBm und einem typischen Rauschmaß von 15 dB eine Figure of Merit<br />
von 0.<br />
Die vorangegangenen Ausführungen zum Dynamikbereich bezogen sich<br />
stets auf den Signalpegel am Eingang des ersten Mischers. Ist <strong>der</strong> Signalpegel<br />
am Eingang des Spektrumanalysators höher als <strong>der</strong> optimale<br />
Mischerpegel, so muß <strong>der</strong> Pegel durch entsprechend hohe HF-Dämpfung<br />
abgesenkt werden. Die notwendige HF-Dämpfung läßt sich wie folgt berechnen:<br />
a HF = L e – L mix (Gl. 5-39)<br />
mit a HF HF-Dämpfung, in dB<br />
L e Signalpegel am Eingang des Spektrumanalysators, in dBm<br />
L mix einzustellen<strong>der</strong> Mischerpegel, in dBm<br />
Wichtig für die Einstellung des Mischerpegels ist die Abstufung <strong>der</strong> Eichleitung:<br />
Beträgt in obigem Beispiel <strong>der</strong> Eingangspegel –17 dBm und die Abstufung<br />
<strong>der</strong> Eichleitung 10 dB, so kann <strong>der</strong> Signalpegel nur auf einen Mischerpegel<br />
von –37 dBm (bei 20 dB HF-Dämpfung) o<strong>der</strong> –47 dBm (bei<br />
30 dB HF-Dämpfung) abgesenkt werden. Der intermodulationsfreie Bereich<br />
beträgt dann nur 92 dB (L mix = – 47 dBm) bzw. 88 dB (L mix = –37 dBm).<br />
Um den maximalen intermodulationsfreien Bereich nutzen zu können,<br />
kann in diesem Fall <strong>der</strong> Pegel durch ein externes 5-dB-Dämpfungsglied auf<br />
–22 dBm abgesenkt werden. Bei einer HF-Dämpfung von 20 dB erhält man<br />
dann wie<strong>der</strong> den optimalen Mischerpegel von –42 dBm und einen intermodulationsfreien<br />
Bereich von 98 dB.<br />
Für einige Spektrumanalysatoren ist deshalb auch eine Eichleitung<br />
mit 1-dB-Stufung erhältlich. Auf die Verwendung von externen Dämpfungsglie<strong>der</strong>n<br />
o<strong>der</strong> einer externen Eichleitung kann dann verzichtet werden.<br />
Einflüsse von Phasenrauschen auf den Dynamikbereich<br />
Wie in Kapitel 5.3 beschrieben, wird das Phasenrauschen <strong>der</strong> Lokaloszillatoren<br />
durch reziprokes Mischen auf die Eingangssignale übertragen. Der<br />
Dynamikbereich für Phasenrauschmessungen wird daher beson<strong>der</strong>s bei<br />
kleinen Trägerabständen durch das Phasenrauschen des Spektrumanalysators<br />
begrenzt, d.h. das zu messende Phasenrauschen des Meßobjekts<br />
muß in jedem Fall höher sein als das des Meßgeräts (siehe hierzu auch<br />
Kapitel 6.1, Phasenrauschmessungen).<br />
Sollen schwache Signale in unmittelbarer Gegenwart sehr starker Signale<br />
dargestellt werden (z.B. bei Messung des Intercept-Punkts 3. Ordnung<br />
eines Meßobjekts), so ist auch hierfür ein möglichst geringes Phasenrauschen<br />
des Analysators notwendig. An<strong>der</strong>nfalls wird das schwache Eingangssignal<br />
unter Umständen durch das auf das starke Nachbarsignal<br />
übertragene Phasenrauschen überdeckt (siehe Bild 5-12 und dazugehöriges<br />
Beispiel). Das Phasenrauschen ist daher in solchen Fällen bei <strong>der</strong><br />
Berechnung des Dynamikbereichs zu berücksichtigen.<br />
Da das auf das Eingangssignal übertragene Phasenrauschen unabhängig<br />
vom Trägerpegel ist, läßt es sich nicht durch dessen Verän<strong>der</strong>ung<br />
beeinflussen. In Bild 5-20 ist <strong>der</strong> Beitrag des Phasenrauschens dementsprechend<br />
durch eine waagrechte Linie eingetragen. Ist die Signalfrequenz<br />
größer als <strong>der</strong> Trägerabstand, in dem Messungen an schwachen Signalen<br />
durchgeführt werden sollen, so spielen Harmonische und Intermodulationsprodukte<br />
2. Ordnung keine Rolle. In Bild 5-20 werden daher nur Intermodulationsprodukte<br />
3. Ordnung berücksichtigt. Der Phasenrauschleistungpegel<br />
ist für die gegebene Auflösebandbreite zu berechnen. Es gilt:<br />
L PN,RBW (ƒ off )= L(ƒ off ) + 10 · lg(B R,ZF ) (Gl. 5-40)<br />
mit L PN,RBW (f off ) vom Trägerabstand abhängiges Phasenrauschen<br />
innerhalb <strong>der</strong> Bandbreite B R, ZF , bezogen auf den<br />
Träger, in dBc<br />
L(f off ) vom Trägerabstand abhängiges Phasenrauschen,<br />
in dBc (1 Hz)<br />
B R,ZF Rauschbandbreite des ZF-Filters, in Hz<br />
f off<br />
Trägerabstand (Offset)<br />
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