Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

Grundlagen der Spektrumanalyse
Häufige Messungen und Funktionserweiterungen
Bestimmte Geräte enthalten manchmal sogar zwei getrennte HF-Eingänge,
von denen einer besonders impulsgeschützt ist und höhere Maximalwerte
von (Puls-)Spannungsspitzen verträgt. Die auftretende Energie
trifft auf die nachgeschaltete Eichleitung, die so ausgelegt sein muß, daß
entstehende Wärme hinreichend gut abgeleitet wird. Ansonsten kann es
zur Zerstörung von Komponenten kommen.
6.2.5 Pulsbewertung bei Störsignalmessungen
Bisher wurden Nutzsignale betrachtet, die zur Nachrichtenübermittlung
dienen. Wie eingangs des Kapitels 6.2 gesagt, bildet die Messung und Bewertung
von Störsignalen einen weiteren Schwerpunkt bei der Analyse
pulsartiger Signale.
Das Thema der elektromagnetischen Verträglichkeit ist von weitreichender
Bedeutung, da fast jede elektronische Schaltung und jedes Gerät
neben den gewollten auch unerwünschte Signale erzeugt, oder die gewollt
erzeugten Signale sich an unerwünschten Stellen des Signalpfads einkoppeln.
Erschwerend kommt hinzu, daß die Ausbreitung der Störungen
leitungsgebunden oder gestrahlt erfolgen kann.
Durch Normen und Richtlinien ist die Reproduzierbarkeit von Störmessungen
sicherstellt. In den einschlägigen EMV-Standards sind produktabhängig
Grenzwertlinien definiert, die dem Meßobjekt und dem späteren
Einsatzgebiet (häusliche, industrielle oder militärische Umgebung) Rechnung
tragen. Für sogenannte „kommerzielle Messungen“ (im Gegensatz zu
militärischen Vorschriften) wird dazu ein speziell ausgelegter, kalibrierter
Detektor, der Quasi-Peak-Detektor, verwendet, der kontinuierliche Pulssignale
entsprechend ihrer Pulswiederholfrequenz bewertet. Die so bewerteten
Pegel können mit den festgelegten Grenzwertlinien verglichen werden.
Liegen die ermittelten Pegelwerte darunter, ist von einem störungsfreien
Einsatz im Sinne der elektromagnetischen Verträglichkeit auszugehen.
Leitungsgebundene Pulse sind bei heute üblichen, angepaßten Schaltungen
nicht so gefährlich, sofern ihr Energiegehalt einen gewissen Grenzwert nicht
überschreitet. Häufiger kommt es vor, daß durch den Störpuls ein schwingungsfähiger
Schaltkreis angestoßen wird und zu oszillieren beginnt.
Beispiele:
Aus der bisherigen Darstellung, z.B. aus Bild 6-12, geht hervor, daß sich die
Bandbreitenbelegung eines Störimpulses ungekehrt proportional zu seiner
Dauer verhält. Hat etwa ein Störimpuls mit einer Pulsbreite von 1 µs die
erste Nullstelle im Spektrum bei 1 MHz, so wird ein Abfall der Störamplituden
erst ab ca. 300 kHz signifikant. Bei einem 100 ns breiten Störimpuls
dagegen ist dieser Abfalls erst bei 3 MHz gegeben.
Die Amplitude eines Pulses betrage 1 V. Bei einer Pulsbreite von 1 µs
ist sein Energiegehalt (Produkt aus Spannung und Zeit) demnach 1 µVs.
Ein 100 ns breiter Störimpuls mit 10 V Amplitude hat ebenfalls eine Energie
von 1 µVs. Ein Spektrumanalysator zeigt nun mit seiner auf Effektivwerte
von Sinusspannungen bezogenen Anzeige bei Einstellung einer
10-kHz-Impulsbandbreite für beide Pulse eine Spannung von 10 mV an –
sowohl für den 1-µs- als auch für den 100-ns-Puls; der Analysator kann also
nicht entscheiden, welche Amplitude der Puls ursprünglich hatte. Aus dem
abgelesenen Spannungswert kann also nicht geschlossen werden, ob
Übersteuerung vorliegt, da auch ein Impuls mit 10 ns Breite und 100 V
Amplitude zur gleichen Anzeige führt.
6.2.5.1 Detektoren, Zeitkonstanten
Die unter Kapitel 4.2 beschriebenen Spitzenwert-Detektoren, also Max-
Peak-, Min-Peak-, Auto-Peak- und Sample-Detektor, sind in den meisten
Spektrumanalysatoren standardmäßig vorhanden. Zusätzlich sind in modernen
Geräten auch Effektivwert(RMS)- und Mittelwert(AV)-Detektoren implementiert.
Ein spezieller Detektor für Störimpulsmessungen, der sogenannte
Quasi-Peak-Detektor (QP), ist häufig als Option erhältlich. Er stellt besondere
Anforderungen hinsichtlich des Dynamikbereichs und der Linearität
des Eingangs, aber auch der ZF-Stufe, die von einer Vielzahl der Geräte am
Markt nicht erfüllt werden. Die Forderungen ergeben sich aus der Bewertungscharakteristik
für Pulsfolgen (durch die Norm CISPR 16-1
vorgegeben), die durch eine Unterbewertung von Pulsfolgen mit niedriger
Pulsfolgefrequenz (beim Einzelpuls bis 40 dB) einen um Faktor 100
größeren Aussteuerungsbereich verlangt.
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