Mit FFT und Mathematikfunktionen das Spektrum genauer untersuchen

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Die zeittorgesteuerte FFT-Mathematikfunktion

Das interessierende Signal ist ein Impuls und lässt sich vollständig auf dem Bildschirm darstellen. Links und rechts vom Signal ist nur rauschen. Für die FFT-Berechnung kann ein rechteckiges Fenster ausgewählt werden. Eine Durchschnittsbildung über acht Messungen verbessert das Resultat der FFT (Bild 4). Mit Markern kann man sehen, dass das HF-Impuls ein breites Spektrum von 300 bis 900 MHz aufweist, das Spektrum also 600 MHz breit ist. Noch aber kann man nicht beweisen, dass die Frequenz des Trägers sich in dem Impuls linear von links nach rechts von 300 auf 900 MHz ändert.

Eine Methode, einige Trägerfrequenzen über den Impuls hinweg schnell zu sehen, ist mit zeittorgesteuerten FFT-Funktionen möglich. Dazu wird in der normalen Zeitdarstellung zusätzlich die Zeittorfunktion eingeschaltet. Auf der oberen Hälfte des Bildschirms wird die normale Messkurve angezeigt, über die ein Fenster gelegt ist. Dieses Fenster lässt sich mit dem Drehknopf der Horizontalablenkung schmaler und breiter drehen und mit dem Drehknopf „Time Delay“ die Kurve entlangbewegen.

Unten auf dem Bildschirm erscheint der Fensterinhalt auf die ganze Bildschirmbreite gestreckt. Ein interessantes Messergebnis erhält man mit einem sehr schmalen Fenster, das man ganz an den Beginn des Impulses positioniert. Die FFT wird aus den Daten aus dem kleinen Fensters berechnet, wie es das Bild 5 zeigt.

Einblicke in das Frequenzprofil eines Chirps

Die FFT-Messung am Anfang des HF-Impulses zeigt, dass dieser mit einer Frequenz von etwa 300 MHz beginnt. Wird das Fenster in die Mitte des Impulses geschoben, so ändert sich die Frequenz auf etwa 600 MHz. Wird das Fenster schließlich an das Ende des Impulses geschoben, dann beträgt die Frequenz 900 MHz. Ein Zeichen, dass der Chirp linear frequenzmoduliert ist.

Mit der Mathematikfunktion „Measurement Trend“ lässt sich ein Einblick in das Frequenzprofil eines Chirps werfen. Das hier vorgestellte Oszilloskop MSO-X 3104T kann bis zu 1000 Messungen in einer Trendlinie ausgeben. In einem zweiten Beispiel soll ein Impulszug von 600 ns verifiziert werden, der sich alle 20 µs wiederholt. Die FFT-Funktion ist ausgeschaltet, man führt lediglich Messungen in der Zeitebene durch. Zuerst wird die Erfassungsmethode des Oszilloskops von Normal auf High Resolution umgeschaltet. Dann wird aus einer Liste möglicher Messungen „Frequenz“ gewählt, in dem die Taste Messen gedrückt wird.

Man setzt für die Erkennung des Nulldurchgangs des Trägers eine mittlere Schwelle von 30 mV (bei einer angenommenen Amplitude des Trägers von -316 auf 316 mV bei einem Signal von 1 mW an 50 Ohm. Das entspricht einem Pegel von 0 dBm). Dann drückt man die Taste „Mathematik“ und wählt die Mathematikfunktion „Measurement Trend“. Anschließend werden Marker zugewiesen, deren Messwert Ausgangsswert für die Berechnung ist.

Die Trägerfrequenz steigt linear über die Breite des Impulses von links nach rechts. Der Anstieg deckt nicht die gesamte Breite des HF-Impulses ab, weil bei der Tendenzberechnung die Grenze von 1000 Einzelmessungen erreicht wurde. Dennoch lässt sich ein großer Teil der Frequenzmodulation erkennen. Für eine hohe Messgenauigkeit muss der Erfassungsmodus auf der Einstellung „High Resolution“ stehen.

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* Brad Frieden arbeitet bei Keysight als Produktplaner und -marketingingenieur. Peter Kasenbacher ist EMEA Market Segment Manager bei Keysight in Böblingen.

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