Echtzeit- und konventioneller Spektrumanalysator im Vergleich

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Der Einfluss der kleinsten Pulsdauer

Die POI = Probability of Intercept gibt die kleinste Pulsdauer an, die sich mit einer Amplitudengenauigkeit von 100 Prozent messen lässt. Sie definiert außerdem die minimale Impulsbreite, in der jeder Impuls erfasst wird. Die kleinste POI des RSA5000 beträgt 7,45 μs bei einer Echtzeit-Bandbreite von 40 MHz und RBW von 3,21 MHz. Die kurzen Pulsereignisse können nicht konstant mit einem konventionellen Spektrumanalysator gemessen werden, so dass ein Echtzeit-Spektrumanalysator für kurze Ereignisse notwendig ist.

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Der RSA5000 kann ein minimales Ereignis von 25 ns messen, aber nicht mit einer Amplitudengenauigkeit von 100 Prozent und ohne das alle Impulse gemessen werden können. Die POI hängt von der FFT-Rate, der verwendeten RBW und der eingestellten Echtzeitbandbreite Span ab. Das Prinzip der POI wird mit einem Span von 40 MHz = 51,2 MS/s und einer RBW von 3,21 MHz (Kaiser-Filter) im Bild 5 dargestellt. Aufgrund der Berechnungszeit beginnt die zweite FFT-Akquisition nach 6,82 µs. Die Fenstergröße hängt vom eingestellten RBW im Echtzeitmodus ab: T_Window = 1/RBW. Die Startposition der ersten FFT-Akquisition und Endposition der zweiten FFT-Akquisition definieren den POI-Zeitwert.

Mit POI und Geschwindigkeit ist es jetzt möglich, ein Bluetooth-Signal im Echtzeit-Modus der RSA5000-Serie zu messen und dass ohne der max. Hold-Funktion. In diesem Modus lassen sich sechs verschiedene RBW-Werte einstellen, ohne Einfluss auf die Geschwindigkeit. Dazu stehen für die Analyse folgende Modi bereit:

Normale Trace-Analyse, Dichteanalyse, Spektrogramm und Leistung über die Zeit

Im normalen Modus ist die Trace-Information der aktuellen Zeit sichtbar. Es sieht wie eine Spur eines konventionellen Spektrumanalysators aus, aber aufgrund des Echtzeit-Sweeps sind mehr Informationen gleichzeitig sichtbar. Die normale Trace-Analyse ist eine 2D-Messung (Leistung über der Frequenz). In diesem Modus können mehrere Traces und ein Pass/Fail-Limit verwendet werden. Außerdem lässt sich die Erfassungsgeschwindigkeit auf 100 µs minimieren.

In dieser Analyse lässt sich der Frequenzmaskentrigger (FMT) einsetzen, um sporadische Signale zu erfassen. Die Dichteanalyse liefert das gleiche Ergebnis wie der normale Trace. Hier wird allerdings die Wiederholrate eines Signals mit unterschiedlichen Farben dargestellt. Die Dichtedarstellung erfolgt mit einem Farbschema (von Blau = 0 bis Rot = 100 Prozent). Je öfter das Signal innerhalb einer bestimmten Zeit auf einen einzelnen Pixelpunkt trifft, desto höher ist der Prozentsatz, der die Farbe dieses Pixels definiert.

Beispielsweise wäre für ein Signal mit einer Impulsbreite von 30 ms bei einer Erfassungszeit von 60 ms der Prozentsatz n = 50 Prozent, was zu einer Anzeige in gelb führen würde (Bild 7, unten). Farbschemaeinstellung: Farbton höchste Dichte: 100 Prozent, Farbton niedrigste Dichte: 0 Prozent, Nichtlinearität: 85 Prozent. Der normale Trace im Dichtemodus hat die Farbe Weiß. Die Dichteanalyse ist eine 3D-Messung (Leistung über Frequenz über Wiederholrate). Auch für diese Messung kann der FMT-Trigger genutzt werden.

Die Darstellung der Leistung über die Zeit

Im Normal- und im Dichtemodus kann der Anwender eine Spektrogramm-Messung aktivieren. Das Spektrogramm ist eine Wasserfall-Messung der Zeit über die Frequenz und bietet die Möglichkeit, die Dauer von Impulsen zu messen (Bluetooth-Signale). Ein Spektrogramm arbeitet mit einem Farbschema für den Signalpegel (DANL: 0 Prozent = blau, Referenzpegel: 100 Prozent = rot). Mit dem Wasserfall-Spektrogramm lassen sich Einschalt-/Auschalt-Szenarien von Signalen analysieren. Die Dichte in Kombination mit dem Spektrogramm ist eine 4D-Messung (Leistung über Frequenz über Wiederholungsrate und Leistung über die Zeit, Bild xx mit einem Bluetooth-Beispiel).

Mit der Darstellung Leistung über die Zeit (PvT = Power vs. Time) ist es möglich, den Zeitbereich eines Signals innerhalb der eingestellten Echtzeitbandbreite anzuzeigen. Die Erfassungszeit kann bei dieser Messung geändert werden. Die PvT-Analyse wird für die verwendete Echtzeitbandbreite und nicht für RBW, wie in einem konventionellen Spektrumanalysator mit Zero-Span-Konfiguration, angezeigt. Die PvT Anzeige entspricht einer einzelnen Zeile des Spektrogramms die mit einer Auflösung von 1024 Abtastpunkten (Reduziert auf 801 Pixelpunkte) dargestellt wird.

Signalbursts von modulierten Signalen und Impulsen werden angezeigt, um das Tastverhältnis und die Amplitude eines Impulses zu messen oder um Impulsfolgen über eine bestimmte Zeit darzustellen. PvT = Power vs. Time kann in Kombination von Frequenzspektrums und Spektrogramm (Bild 8) verwendet werden. Die Burstanzeige könnte unter anderem mit dem integrierten Leistungstrigger stabilisiert werden.

Mehr Informationen verfügbar

Vergleicht man das Messergebnis des Bluetooth-Signals aus den Bildern 7 und 8 zusammen mit dem Ergebnis eines konventionellen Spektrumanalysators aus Bild 2, so stehen dem Testingenieur jetzt weit mehr Informationen zur Verfügung. Innerhalb der eingestellten Echtzeitbandbreite können alle Frequenzkomponenten gemessen werden. Zeitinformationen sind parallel zur Spektrumsmessung anzuzeigen möglich. Im Spektrogramm ist sichtbar, dass dieses Signal ein Frequenzsprung-Spreizsignal ist und die Länge des Datenblocks kann jetzt analysiert werden.

Die Leistung vs. Zeit ist nicht länger abhängig von der RBW-Bandbreite wie beim konventionellen Spektrumanalysator, und Frequenzbereich und Zeitbereich werden gleichzeitig angezeigt. In Kombination mit den unterschiedlichen Trigger-Methoden ergibt sich mit dem Echtzeit-Modus ein zusätzliches Tool für den Messingenieur, bei dem sich die Signale auch im vollen Umfang vermessen lassen.

* Boris Adlung ist Applikations-Ingenieur bei Rigol in München.

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