Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann
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<strong>Grundlagen</strong> <strong>der</strong> <strong>Spektrumanalyse</strong><br />
Häufige Messungen und Funktionserweiterungen<br />
6.2 Messungen an gepulsten Signalen<br />
(Dipl.-<strong>Ing</strong>. Volker Janssen)<br />
Nachrichtentechnische Anwendungen zur Informationsübermittlung –<br />
lange Zeit überwiegend mit analogen Übertragungsverfahren realisiert –<br />
werden heute zunehmend durch digitale Komponenten und Systeme ersetzt.<br />
Diese arbeiten häufig mit pulsmodulierten Signalen, so etwa in <strong>der</strong><br />
Fernsehtechnik, bei Radar und Mobilfunk. Die spektrale Verteilung solcher<br />
Signale bringt beson<strong>der</strong>e Erfor<strong>der</strong>nisse auf Seiten eines Spektrumanalysators<br />
mit sich, <strong>der</strong> zu ihrer Messung eingesetzt werden soll. Ähnliches<br />
gilt für eine an<strong>der</strong>e Art von Meßsignalen, nämlich für hochfrequente, breitbandige<br />
Störsignale, wie sie bei Schaltvorgängen o<strong>der</strong> auch bei <strong>der</strong> Takterzeugung<br />
von Mikroprozessoren auftreten. Übrigens produziert fast jede<br />
elektronische Schaltung neben den ihr zugedachten Nutzsignalen auch<br />
solche unerwünschte Störaussendungen, die die Funktion <strong>der</strong> Schaltung<br />
selbst o<strong>der</strong> die an<strong>der</strong>er elektronischer Komponenten beeinträchtigen können.<br />
Eine „Eigenstörung“ nachrichtentechnischer Elektronik äußert sich<br />
z.B. in <strong>der</strong> Verschlechterung von Spezifikationen wie dem Signal-Rausch-<br />
Abstand (S/N) o<strong>der</strong> von Bitfehlerraten (Bit Error Rate, BER). Noch unangenehmer<br />
wird <strong>der</strong> Fall, wenn die Störung über Leitungen o<strong>der</strong> durch Einstrahlung<br />
auf an<strong>der</strong>e Geräte übergreift und bei diesen zu<br />
Beeinträchtigungen o<strong>der</strong> gar Fehlfunktionen führt. Die Verhin<strong>der</strong>ung <strong>der</strong>artiger<br />
Störemissionen einerseits und die Gewährleistung einer genügend<br />
hohen Störfestigkeit an<strong>der</strong>erseits ist Thema des Arbeitsgebiets Elektromagnetische<br />
Verträglichkeit (EMV). Weltweit standardisierte Normen und<br />
Richtlinien stellen hier die Reproduzierbarkeit von Störmessungen sicher<br />
– und bilden die Grundlage für internationale Verfügungen über Stör-Grenzwerte,<br />
<strong>der</strong>en Einhaltung das korrekte Funktionieren von elektronischen<br />
Einheiten, Modulen, Geräten und Systemen sicherstellt.<br />
Die Energie pulsmodulierter Signale verteilt sich theoretisch über das<br />
gesamte Spektrum. Der gemessene Energieanteil hängt zudem stark<br />
davon ab, mit welcher Bandbreite gemessen wird und an welcher Stelle<br />
man sich im Spektrum befindet. Mißt man in <strong>der</strong> Nähe einer Nullstelle <strong>der</strong><br />
einhüllenden si-Funktion, so besteht die Gefahr, durch Fehleinstellung eine<br />
Übersteuerung <strong>der</strong> Eingangsstufe zu verursachen, auf die das gesamte Energiespektrum<br />
trifft, sofern keine Vorselektionsfilter verwendet werden,<br />
die das Spektrum reduzieren und es dem Mischer <strong>der</strong> ersten Umsetzstufe<br />
in „Teilabschnitten“ zuführen. Mo<strong>der</strong>ne Spektrumanalysatoren zeichnen<br />
sich durch geringe Nichtlinearitäten und hohe Übersteuerungsfestigkeit<br />
aus, d.h. durch hohe Intercept-Punkte 2. und 3. Ordnung sowie einen hohen<br />
1-dB-Kompressionspunkt. Sie weisen zudem Übersteuerungsdetektoren<br />
auf, mit <strong>der</strong>en Hilfe automatische Einstellungskorrekturen am Analysator<br />
vorgenommen werden, die den Dynamikbereich optimieren und ihn über<br />
eine automatische HF-Dämpfungseinstellung (Auto Range) in einen „ungefährlichen“<br />
Pegelbereich verschieben. Damit wird dem Benutzer die Arbeit<br />
erleichtert und eine sichere Messung gewährleistet.<br />
6.2.1 <strong>Grundlagen</strong><br />
Die Beschreibung von Pulssignalen geht von <strong>der</strong> idealen, periodischen<br />
Rechteckimpulsfolge aus. Die allgemeine reelle Fourierdarstellung ergibt<br />
für den zeitabhängigen Spannungsverlauf u (t):<br />
[ ( ) ]<br />
n=1<br />
T<br />
τ<br />
∞ 1 2nπτ<br />
2nπτ<br />
u(t)= Û 1+2 ·{sin cos nω 1 t + 1– cos sin nω<br />
T Σ 2nπτ<br />
T<br />
T<br />
1 t}<br />
mit Û Amplitude<br />
u(t) Zeitfunktion<br />
τ Impulsdauer (-breite)<br />
T Periodendauer<br />
ω 1 Kreisfrequenz<br />
n Ordnung <strong>der</strong> harmonischen Schwingung<br />
(Gl. 6-5)<br />
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