Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Häufige Messungen und Funktionserweiterungen
(B I ) 1,220 · B 6dB 1,179 · B 6dB 1,065 · B 6dB
Grundlagen der Spektrumanalyse
Impulsbandbreite
Ausgangswert 3-dB-Bandbreite 4 Filterkreise 5 Filterkreise Gauss-Filter
(analog) (analog) (digital)
6-dB-Bandbreite (B 6dB ) 1,480 · B 3dB 1,464 · B 3dB 1,415 · B 3dB
Impulsbandbreite (B I ) 1,806 · B 3dB 1,727 · B 3dB 1,506 · B 3dB
Ausgangswert 6-dB-Bandbreite
3-dB-Bandbreite (B 3dB ) 0,676 · B 6dB 0,683 · B 6dB 0,707 · B 6dB
Anzumerken ist, daß die durch die Pulsdauer τ und die Periodendauer T
vorgegebenen Eckfrequenzen bzw. das Pulsspektrum nicht durch einen
Videofilter beeinflußt werden dürfen. Moderne Meßgeräte bieten wählbare
Kopplungsfaktoren zwischen Meß- bzw. Auflösebandbreite und Videobandbreite
sowie zwischen Meß- und Einschwingzeiten. Je nach Vorgabe
kann für Pulsmessungen ein voreingestellter Kopplungswert oder auch ein
frei wählbarer Faktor definiert werden, z.B. eine um Faktor 10 höhere
Videobandbreite als die Meßbandbreite.
Die Realisierung der Auflösebandbreite über digitale Filter ändert nichts
an der Bewertung von Pulsignalen. Sie sind ebenso geeignet und haben
neben den Vorteilen der Temperatur- und Langzeitstabilität den Vorzug,
daß sich selektivere Filter, also Filter mit niedrigerem Formfaktor, realisieren
lassen als mit analogen Filtern.
Sofern Spektrumanalysatoren ausschließlich auf Basis der schnellen
Fourier-Transformation (FFT) arbeiten, sind diese Meßgeräte für Pulsmessungen
nicht geeignet. Bei FFT wird das Spektrum aus einem Ausschnitt
des Zeitsignals berechnet. Wie in Kapitel 3.1 bereits gezeigt wurde, sind die
Meßergebnisse abhängig von der Wahl dieses Ausschnitts, die FFT-Analyse
ist damit zur Analyse von Pulssignalen unbrauchbar. Es ist deshalb wichtig,
daß Analysatoren neben der FFT-Analyse auch analoge und digitale Filter
zur Verfügung stellen.
6.2.4 Kenngrößen von Analysatoren
trumanalysatoren oder Meßempfängern der maximal zulässige Eingangssignalpegel
für Sinussignale (CW-Signale) angegeben. Für Pulsmessungen
sind Kennwerte wie spektrale Impulsdichte, maximale Impulsenergie oder
Impulsspannungswerte wichtig, um Fehlmessung oder gar die Zerstörung
des Meßgeräts zu vermeiden. Es macht deshalb Sinn, einen Wert wie
die spektrale Impulsdichte zu definieren, also die (Impuls-)Spannung auf
eine Referenzbandbreite zu beziehen (siehe auch Kapitel 5.4, 1-dB-Kompressionspunkt
und maximaler Eingangspegel). Diese wurde mit 1 MHz
definiert. Die Kennwerte sind somit in Einheiten von µV/1 MHz bzw.
dBµV/1 MHz gegeben.
Die spektrale Impulsleistungsdichte läßt sich aus einem gemessenen
Pegelwert mit folgendem Korrekturfaktor leicht umrechnen:
K I = 20 lg (B I /1 MHz) (Gl. 6-16)
Beispiel:
In einem Spektrumanalysator wird die Meßbandbreite durch ein GAUSS-
Filter mit einer 3-dB-Bandbreite von 10 kHz festgelegt. Bei Messungen an
einem Pulssignal erhält man eine Pegelanzeige von –67 dBm. Wie groß ist
die spektrale Impulsdichte?
Der Meßwert muß zunächst in die Einheit dBµV umgerechnet werden. Ein
Pegel von 0 dBm entspricht 107 dBµV, d.h. –67 dBm entsprechen 40 dBµV.
Die Impulsbandbreite wird für Gauss-Filter gemäß Gl. 6-15 mit 1,506 · B 3dB
zu B I =15 kHz berechnet.
Mit Hilfe der Umrechnung nach Gl. 6-16
K I = 20 · lg (B I /1 MHz) = 20 · lg(15 · 10 3 /1·10 6 ) = –36,5 dB
wird der Korrekturwert von –36,5 dB berechnet. Der Meßwert von
40 dBµV entspricht dann einer spektralen Impulsdichte von 76,5 dBµV/
1 MHz.
Aus dem bisher Beschriebenen ist deutlich geworden, daß bei der Vermessung
und Bewertung von Pulssignalen auf vieles mehr zu achten ist,
als bei sinusförmigen Signalen. Meist wird in Datenblättern von Spek-
Zur maximalen Impulsenergie und -spannung – weitere wichtige Kenngrößen
zur Beurteilung von Spektrumanalysatoren und Meßempfängern
– sei auf Kapitel 5.4 verwiesen.
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