Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren
Neben dem Formfaktor, der die Selektionseigenschaften bestimmt, sind
auch die minimale und maximale verfügbare Auflösebandbreite eines
Spektrumanalysators von Bedeutung. Besonders für Messungen, die eine
hohe Empfindlichkeit voraussetzen, sind sehr schmale Bandbreiten notwendig
(siehe Kapitel 5.1), während Pulsmessungen und Messungen im
Zeitbereich (Kapitel 6.2 bzw. 6.3) sehr große Auflösebandbreiten erfordern.
Um kürzere Sweep-Zeiten zu ermöglichen, sind für schmale Auflösebandbreiten
FFT-Filter vorteilhaft. Gleichzeitig ist jedoch wichtig, daß stattdessen
auch analoge und digitale Filter gewählt werden können, da z.B.
Pulsmessungen mit FFT-Filtern unter Umständen nicht ohne weiteres
durchführbar sind (siehe auch Kapitel 3.1).
Für Anwendungen, bei denen ein Signalpegel auf die Meßbandbreite bezogen
wird, ist die Genauigkeit der Bandbreite wichtig. Sie wird üblicherweise
in % angegeben. Ihre Berücksichtigung bei der Berechnung des
Meßfehlers ist in Kapitel 5.10, Pegelmeßgenauigkeit, beschrieben.
5.9 Frequenzgenauigkeit
Wie in Kapitel 4 bereits angedeutet, sind in modernen Spektrumanalysatoren
alle Lokaloszillatoren über Phasenregelkreise an einen stabilen
Referenzfrequenzoszillator angebunden. Die Frequenzgenauigkeit des
Spektrumanalysators entspricht daher der Genauigkeit dieser Referenz
und wird auch von deren Temperatur- und Langzeitstabilität beeinflußt.
Solche Referenzen, meist mit einer Frequenz von 10 MHz, sind als temperaturkompensierte
Quarzoszillatoren (TCXOs) oder Ofenquarzreferenzen
(OCXOs) ausgeführt. Die dadurch generierte Referenzfrequenz ist von der
Umgebungstemperatur abhängig und verändert sich zudem aufgrund von
Alterung während des Betriebs. Um eine hohe Absolutgenauigkeit bei Frequenzmessungen
mit Hilfe eines Spektrumanalysators zu gewährleisten,
ist daher ein regelmäßiger Abgleich der Referenzfrequenz notwendig. Bei
modernen Analysatoren ist dies mit Hilfe eines D-A-Wandlers möglich und
kann vom Benutzer durchgeführt werden, sofern ein Frequenzzähler oder
ein Signal mit bekannter Frequenz verfügbar ist.
Referenzfrequenz intern (nominal)
Alterung pro Jahr 1) 1 · 10 –6
Temperaturdrift (+5 °C ... 45 °C) 1 · 10 –6
mit Option OCXO
Alterung pro Jahr 1) 1 · 10 –7
Temperaturdrift (+5 °C ... 45 °C) 1 · 10 –8
1 ) Nach 30 Tagen Einlaufzeit.
Bild 5-24 Typische Angaben zur Frequenzgenauigkeit eines Spektrumanalysators
Bild 5-24 zeigt einen Datenblattauszug zur Frequenzgenauigkeit eines
Spektrumanalysators. Es wird darin zwischen der Genauigkeit des Grundgeräts
und der Genauigkeit bei optional eingebauter Ofenquarzreferenz
unterschieden. Man erkennt, daß mit OCXOs eine erheblich höhere Temperaturstabilität
sowie eine deutlich niedrigere Temperaturdrift erreicht
wird. Der Gesamtfrequenzfehler setzt sich aus der Temperaturdrift und der
Langzeitstabilität zusammen. Letztere gilt allerdings nur, wenn das Gerät
nicht ausgeschaltet wird, also permanent in Betrieb ist. Wird das Gerät
(bzw. der OCXO) aus- und wieder eingeschaltet, so findet ein neuer Frequenzeinlauf
(Retrace) statt [5-4], wodurch die Oszillatorfrequenz einen anderen
Wert annimmt.
5.10 Pegelmeßgenauigkeit
Die Messung von Signalpegeln ist stets mit einer gewissen Meßunsicherheit
behaftet. Bei Pegelmessungen mit Spektrumanalysatoren setzt sich
diese Unsicherheit aus verschiedenen Beiträgen zusammen. Die Geräte
werden daher vor der Auslieferung beim Hersteller kalibriert, indem man
die einzelnen Fehlerbeiträge aufnimmt und im Gerät abspeichert. Bei der
Pegeldarstellung werden sie rechnerisch berücksichtigt, wodurch die
Genauigkeit steigt.
Da die Eigenschaften des Analysators auch einer Temperaturdrift und
Alterung unterliegen, verfügen die meisten Analysatoren darüber hinaus
über eine interne, temperaturstabile Signalquelle (43) sowie über Funktionen
zum Selbstabgleich, mit denen besonders kritische Fehlerbeiträge
während des Betriebs ermittelt und entsprechende Korrekturen vorgenommen
werden können.
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