Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren
ponente bei 147,2 MHz mit einem Pegel von höchstens (–10 dBm – 70 dB)
= –80 dBm führt.
Wie in Kapitel 4.1 gezeigt wurde, weist auch die zweite Umsetzung eine
Spiegelfrequenz auf, die entsprechend zu unterdrücken ist. Für die Frequenz,
die ein Eingangssignal haben muß, um auf die Spiegelfrequenz der
zweiten Mischstufe umgesetzt und bei der Frequenz f e sichtbar zu werden,
läßt sich für den hier beschriebenen Analysator folgender Zusammenhang
ableiten:
ƒ Sp,2.ZF = ƒ e + 2 · ƒ 2.ZF (Gl. 5-42)
mit f Sp,2.ZF Nebenempfangsstelle aufgrund von Spiegelempfang
der 2. ZF
f e Frequenz, bei der die Nebenempfangsstelle im dargestellten
Spektrum in Erscheinung tritt
f 2.ZF zweite Zwischenfrequenz
ZF-Durchschlag oder Empfang auf der Zwischenfrequenz
(intermediate frequency)
Aufgrund der begrenzten Isolation zwischen HF-Eingang und ZF-Ausgang
des ersten Mischers können Eingangssignale direkt, d.h. ohne umgesetzt
zu werden, auf die ZF-Ebene gelangen (siehe auch Kapitel 4.1) – man
spricht dann von ZF-Durchschlag. Entspricht die Frequenz eines Eingangssignals
dabei der ersten Zwischenfrequenz, so wird es unabhängig
von der LO-Frequenz und damit im gesamten Frequenzbereich des dargestellten
Spektrums abgebildet. Durch entsprechende Filter, die ohnehin
zur Spiegelfrequenzunterdrückung benötigt werden, sind solche Signale
daher vor dem ersten Mischer zu unterdrücken. In dem hier beschriebenen
Analysator geschieht dies durch den Eingangstiefpaß (3) im HF-Eingangsteil
bis 3 GHz bzw. durch das mitlaufende Bandpaß-Filter (20) im Eingangsteil
für den Frequenzbereich über 3 GHz. Die zu unterdrückenden Signale
liegen dementsprechend bei 3476,4 MHz bzw. 404,4 MHz.
In obigem Datenblattauszug ist für die Störfestigkeit bei der Zwischenfrequenz
ein Wert von >70 dB angegeben. Dies bedeutet, daß ein Eingangssignal
mit einer Frequenz von 3476,4 MHz und einem Pegel von –10 dBm
im Frequenzbereich von 9 kHz bis 3 GHz zu einer Anzeige von maximal
–80 dBm führt.
Eigen- und Nebenempfangsstellen (spurious responses)
Eigenempfangsstellen
Eigenempfangsstellen sind Signale im dargestellten Spektrum, die im
Spektrumanalysator selbst entstehen. Ursachen hierfür sind z.B. Taktsignale
von Mikroprozessoren, die sich unter Umständen über Versorgungsspannungen
ausbreiten und in die analoge Signalverarbeitung eingekoppelt
werden. Es ist zu unterscheiden, ob Eigenempfangsstellen permanent
vorhanden sind oder nur dann auftreten, wenn am Eingang des Spektrumanalysators
ein Signal anliegt. Zu letzterer Gruppe gehören unter anderem
auch Nebenlinien der Lokaloszillatoren, die nur bei vorhandenem
Eingangssignal in Erscheinung treten. Datenblattangaben zu solchen vom
Eingangssignal abhängigen Eigenempfangsstellen sind dementsprechend
bezogen auf den Trägerpegel des Eingangssignals, also in dBc. In dem in
Bild 5-22 dargestellten Datenblattauszug werden hierfür beispielsweise
–70 dBc angegeben, während für die vom Eingangssignal unabhängigen
Eigenempfangsstellen –103 dBm spezifiziert wird.
Nebenempfangsstellen
Wie in Kapitel 5.2, Nichtlinearitäten, gezeigt wurde, entstehen u.a. im ersten
Mischer des Spektrumanalysators Harmonische des Eingangssignals,
die bei genügend hohem Eingangspegel auch bei der Darstellung der
Meßkurve in Erscheinung treten. Mit der Grundwelle, aber auch mit Harmonischen
des LO-Signals, werden Harmonische des Eingangssignals
gemäß Gl. 4-1 gegebenenfalls auf die erste Zwischenfrequenz umgesetzt.
Bei Eingangsfrequenzen f e,N , für die Gl. 4-1 mit m ≥ 1 und n > 1 bei gegebener
ZF und gegebenem LO-Frequenzbereich erfüllt wird, spricht man
von Nebenempfangsstellen.
Beispiel:
Ein Spektrumanalysator für den Frequenzbereich von 10 MHz bis 5 GHz
setzt das Eingangssignal mit Hilfe eines LO-Signals, das zwischen 5,81 GHz
und 10,8 GHz abstimmbar ist, auf eine hohe erste Zwischenfrequenz von
5,8 GHz um. Ein Signal von 3,87 GHz wird eingespeist und bei dieser Frequenz
auch angezeigt. Gleichzeitig entstehen aber im ersten Mischer des
Analysators auch Harmonische höherer Ordnung dieses Signals. Die
3. Harmonische liegt zum Beispiel bei 11,61 GHz. Stimmt man den Analysator
nun auf eine Eingangsfrequenz von 10 MHz ab, so beträgt die LO-
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