Bei steigenden Frequenzen präzise Millimeterwellen mit einem Spektrumanalysator messen

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Keysight Technologies Deutschland GmbH

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

dataTec AG

Signalanalysator mit besserem Dynamikbereich, Empfindlichkeit, Amplitudengenauigkeit und Messbandbreite

Der PXA ist bei allen grundlegenden Spezifikationen substantiell besser als bisherige Lösungen, insbesondere bei Dynamikbereich, Empfindlichkeit, Amplitudengenauigkeit und Messbandbreite. Die überlegenen Spezifikationen des PXA ermöglichen es Ingenieuren, bessere Radargeräte mit größerer Reichweite und höherer Auflösung zu entwickeln und Kommunikationssysteme mit größerer Übertragungskapazität und geringerer Fehlerrate – die noch dazu kleiner sind und weniger Strom brauchen als bisher.

Mit einem Frequenzbereich bis 325 GHz und darüber hinaus können Ingenieure Technik für die Radioastronomie und neue bildgebende Verfahren (Imaging) für medizinische und Sicherheitsanwendungen entwickeln.

Verringertes Rauschen und erweiterer Dynamikbereich

Damit der PXA auch anspruchsvolle Produkte analysiert, wurden die Möglichkeiten der verbauten Hardware voll ausgereizt. Hier helfen Techniken wie LNP (Low Noise Path) und NFE (Noise Floor Extension), um das Rauschen zu verringern und den Dynamikbereich zu erweitern. Mit NFE charakterisiert der Analysator sein eigenes Rauschen und subtrahiert es von den Messwerten. So lässt sich die effektive Empfindlichkeit bei Frequenzen >50 GHz verbessern.

Die optionale LNP-Technologie überbrückt je nach Bedarf einige verlustbehaftete Baugruppen im Signalweg des Analysators, das erhöht die Empfindlichkeit und erspart bei manchen Messungen den Einsatz eines Vorverstärkers. Auf diese Weise kann der PXA winzige Signale in Anwesenheit sehr starker Signale messen: Eine Aufgabe, die bisher schwierig zu lösen war, die aber bei der Entwicklung von anspruchsvollen Millimeterwellensystemen entscheidend ist.

Gesteigerte Wobbelgeschwindigkeit um Faktor 100

Mit zunehmender Frequenz wird es immer schwieriger, kleine Signale zu messen. In jeder Steckverbindung und allen Teilen des Messsystems ist die Dämpfung ein großes Problem, sie kann die Messgeschwindigkeit und Messgenauigkeit beeinträchtigen, speziell bei Signalen in der Nähe des Grundrauschens. Das Problem wird dadurch abgemildert, dass der N9030A in allen Messkonfigurationen besonders rauscharm ist. Das gilt ebenfalls für den Vorverstärker, der den vollen Frequenzbereich des Analysators abdeckt.

Kein Kompromiss zwischen Messzeit und Bandbreite eingehen

Der Vorverstärker ermöglicht es, bei gegebener Eingangsempfindlichkeit die Auflösungsbandbreite um den Faktor 10 zu vergrößern; das bedeutet eine Steigerung der Wobbelgeschwindigkeit um den Faktor 100.

In vielen Fällen bleibt es dadurch dem Anwender erspart, einen Kompromiss zwischen Messzeit und Bandbreite einzugehen. Der Anwender hat die Möglichkeit, den mit dem PXA erzielten Leistungsgewinn beliebig auf Messgeschwindigkeit, Genauigkeit und Messdaten-Vertrauensniveau zu "verteilen" und die für ihn optimale Kombination dieser Parameter zu wählen.

Mit dem optionalen LNP bietet der PXA geringes Grundrauschen (DANL, Displayed Average Noise Level) von –138 dBm, ein Phasenrauschen von –110 dBc/Hz bei einem Offset von 10 kHz und einen TOI von 13 dBm (nominell) bei 50 GHz. Die NFE-Technologie (Standard beim PXA) verbessert das Grundrauschen um nochmals 6 dB, ohne nachteiligen Einfluss auf den Dynamikbereich. Das ist ideal für Messungen ohne Vorverstärker. Werden NFE und LNP kombiniert, ergibt sich ein noch größerer Dynamikbereich.

Low Noise Path und Noise Floor Extension des Signalanalysators für Millimeterwellen

Neben NFE und LNP gibt es beim Agilent PXA noch weitere wichtige Neuerungen und Verbesserungen, die für seine überlegene Leistungsfähigkeit verantwortlich sind. Darunter sind betriebsartenspezifische Mischstufen in Embedded-Technologie, die die Empfindlichkeit und die Rauschzahl optimieren.

Hinzu kommen Referenzoszillatoren und Synthesizer, die hinsichtlich des trägernahen Phasenrauschens in vielen Fällen um mehr als 10 dB besser sind als bisher. Der PXA bietet ein wesentlich niedrigeres Phasenrauschen, und noch dazu hat der Anwender die Möglichkeit, das Phasenrauschen bei verschiedenen Frequenzoffsets manuell zu optimieren.

Diese Kombination ermöglicht es, Hochleistungsoszillatoren und -Synthesizer schnell und genau zu charakterisieren. Signalquellen mit geringem Phasenrauschen sind in vielen Anwendungen unverzichtbar – beispielsweise wenn man die Genauigkeit und Auflösung von Radarsystemen verbessern möchte, bei denen trägernahes Phasenrauschen die Fähigkeit begrenzt, kleine oder bewegliche Ziele zu identifizieren.

Mikrowellen-Preselector erhöht Empfindlichkeit des Messgerätes

Der PXA N9030A verfügt über einen völlig neu entwickelten Mikrowellen-Preselector, der mit einer einzigen Baugruppe den ganzen Mikrowellen/Millimeterwellenfrequenzbereich abdeckt. Der Preselector arbeitet effektiver und weist eine bessere Frequenzstabilität und eine geringere Einfügedämpfung auf, was die Empfindlichkeit des PXA weiter erhöht. Eine weitere Verbesserung des PXA ist seine größere Analysebandbreite bei Millimeterwellenmessungen. Das Gerät bietet eine Analysebandbreite von bis zu 140 MHz (verglichen mit 80 MHz beim PSA).

Der signifikant höhere TOI-Punkt stellt eine weitere Verbesserung des PXA dar. Er ermöglicht es, stärkere Signale zu messen, ohne eine höhere Eingangsabschwächung wählen zu müssen. Das kommt der Empfindlichkeit zugute und sichert einen größeren verzerrungsfreien Bereich. Das Ergebnis am Ende ist ein großer Dynamikbereich und eine bessere Genauigkeit bei Verzerrungs- und Rauschmessungen. Welche Vorteile sich für den Messtechniker bieten:

• Externe Mischmöglichkeit für alle Frequenzoptionen des PXA (3,6; 8,4; 13,6; 26,5; 43/44 und 50 GHz). Der PXA mit dem niedrigsten Frequenzbereich kann mit einem externen Mischer kombiniert werden und damit Frequenzen >100 GHz messen.

• Unterstützt werden die Hohlleiter-Oberwellenmischer M1970V/W. Die Geräte vereinfachen Millimeterwellenmessungen.

• Bis zu 70% höhere Messgeschwindigkeit für alle Arten der Millimeterwellenanalyse. Messungen mit großer Auflösungsbandbreite des PXA Dank hoher Genauigkeit, niedriges Eigenrauschen und niedriges Phasenrauschen. Durch die schnellere interne Messdatenverarbeitung einschließlich kundenspezifischer MATLAB-Programme und dedizierte Messapplikationen sind schnellere Antworten möglich.

• Zugriff auf Analyse- und Visualisierungsfunktionen durch die die VSA-Vektorsignalanalysesoftware des Agilent 89600B. Der PXA arbeitet unter einer offenen Windows-Softwareplattform und kann auf Zeit-, Frequenz- und Modulationsbereich-Analysen der VSA-Software parallel zugreifen und die Messergebnisse sowohl in einer kumulativen als auch auf digitalnachleuchtenden Darstellung präsentieren.

• Umfassende Analyse zusammen mit tiefen und zeitlich lückenlosen Signalaufnahmen, dazu Triggermöglichkeiten für quantitativ umfassende Analysen. Mit direkter Signalverbindung ist eine vollständige Vektorsignalanalyse bis 50 GHz mit Messbandbreiten von bis zu 140 MHz möglich. Messbandbreiten bis 800 MHz sind verfügbar, indem das Zwischenfrequenzausgangssignal des PXA mit einem Gerät der Infiniium-Klasse und VSA analysiert wird.

• Einfache Migration von Hard- und Software für Anwender aller Spektrumanalysatormodelle der Familien PSA und 856X bis 50 GHz.

* * Ben Zarlingo ist Produktmanager in der Abteilung für Signalanalyse von Agilent Technologies und

* Spiro Moskov ist Applikationsingenieur für HF- und schnurlose Technologien.

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