Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Leistungsmerkmale von Spektrumanalysatoren
Schritt 3:
Verhältnis zwischen Gesamtleistung und Eigenrauschleistung
(S+N)/N berechnen
(S+N)/N = –81,95 –(– 86,08 dBm) = 4,13 dB
Schritt 4: Korrekturwert ermitteln (nach Gl. 5-55 oder aus Bild 5-29)
c N = 2,2 dB
Schritt 5:
Signalpegel aus Gesamtleistungspegel berechnen
S = (S+N) – c N = – 81,95 dBm – 2,2 dB = – 84,15 dBm
Sample-Detektor
Wie bereits in Kapitel 4.4, Detektoren, gezeigt wurde, werden Rauschen
und rauschähnliche Signale bei Messung mit dem Sample-Detektor und
Mittelung der Meßwerte im logarithmischen Pegelmaßstab zu niedrig
dargestellt. Sinussignale hingegen bleiben davon unberührt. Der anzuwendende
Korrekturfaktor ist daher abhängig von der Art des Eingangssignals.
Bei Messungen an Rauschsignalen wird sowohl das Eingangssignal als
auch das Eigenrauschen um 2,5 dB zu niedrig dargestellt. Das resultierende
Verhältnis von Gesamtleistung und Eigenrauschleistung entspricht daher
dem Ergebnis, das man mit dem RMS-Detektor erhalten würde. Der
Korrekturfaktor kann daher nach Gl. 5-55 berechnet bzw. Bild 5-29 entnommen
werden.
Handelt es sich bei dem Eingangssignal jedoch um eine diskrete Spektrallinie,
wie z.B. bei einem Sinussignal, so wird der gemessene Pegel
durch den Sample-Detektor und Mittelung im logarithmischen Pegelmaßstab
nicht verfälscht. Da das Eigenrauschen aber niedriger angezeigt wird,
ist das Verhältnis von Gesamtleistung zu Eigenrauschleistung größer als
bei Verwendung des RMS-Detektors. Korrekturfaktoren, die nach Gl. 5-55
berechnet werden, sind daher nicht gültig. In solchen Fällen ist deshalb die
Verwendung eines RMS-Detektors zu empfehlen.
5.11 Sweep-Zeit und Update-Rate
Die minimale Sweep-Zeit, also die mindestens benötigte Zeit zur Aufnahme
eines bestimmten Frequenzbereichs, wird durch verschiedenen
Faktoren bestimmt:
• Auflöse- und Videobandbreite
• Einstellzeit des LOs
• Meßdatenverarbeitung
• Abtastrate des A-D-Wandlers
• Ggf. maximale Sweep-Geschwindigkeit des YIG-Filters
Die Abhängigkeit der Sweep-Zeit von der Auflöse- und Videobandbreite
sowie des Spans wurde bereits in Kapitel 4.6, Wesentliche Abhängigkeiten,
beschrieben. Wie gezeigt wurde, nimmt die mindestens erforderliche
Sweep-Zeit mit abnehmender Auflösebandbreite zu, weshalb für diese
Fälle die Verwendung von FFT-Filtern vorteilhaft ist, sofern dies die jeweilige
Meßaufgabe zuläßt.
Aber selbst bei sehr großen Auflöse- und Videobandbreiten kann die
Sweep-Zeit nicht beliebig reduziert werden. Da zur Einstellung des Lokaloszillators
und zur Meßdatenerfassung immer eine gewisse Mindestzeit
benötigt wird, die wiederum unabhängig vom eingestellten Span ist, kann
eine gewisse Grenze (in diesem Beispiel 2,5 ms) auch unter günstigsten
Umständen nicht unterschritten werden.
Bei großem Span wird die minimale Sweep-Zeit zudem von der zulässigen
Abstimmgeschwindigkeit des Lokaloszillators bestimmt; bei dem
hier beschriebenen Analysator sind z.B. 5 ms für einen Span von 1 GHz
notwendig. In Konzepten mit einem mitlaufenden YIG-Filter zur Spiegelfrequenzunterdrückung
(bei dem hier beschriebenen Analysator z.B. über
3 GHz) wird die Sweep-Geschwindigkeit durch die „Trägheit“ des zur Abstimmung
notwendigen magnetischen Kreises weiter reduziert. Sweep-
Zeiten unter 6 ms für einen Span von 1 GHz sind in solchen Fällen kaum
zu realisieren.
In Datenblättern wird meist die minimal erreichbare Sweep-Zeit unter
günstigsten Umständen spezifiziert, also bei hoher Auflöse- und Videobandbreite
und kleinem Span in einem Frequenzbereich, in dem kein mitlaufendes
YIG-Filter erforderlich ist. Im vorliegenden Beispiel sind das die
oben bereits erwähnten 2,5 ms.
Bleibt der Spektrumanalysator während der Messung fest auf eine
Einzelfrequenz abgestimmt (man spricht dabei von Zero Span), so hängt
die minimale Meßzeit lediglich von der Meßdatenerfassung des Analysators
ab. Die in dieser Betriebsart erreichbaren minimalen Meßzeiten
sind daher deutlich kürzer (hier z.B. 1 µs).
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