Signal- und Spektrumanalysator Neue Architektur für die HF-Signalanalyse

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Mit den Signal- und Spektrumanalysatoren der Serie FSWX bietet Rohde & Schwarz eine neue interne Hardware-Architektur mit zwei integrierten Empfangspfaden. Dadurch ist eine einfache und unmittelbare Kreuzkorrelation möglich und komplexe externe Kalibrierungen entfallen.

Moderne Hochfrequenztechniken, wie 5G-Mobilfunk, Satellitenkommunikation sowie Automotive- und Radar-Anwendungen, verlangen nach immer höheren Datenraten, erhöhten Modulationsbandbreiten sowie komplexeren Modulationsordnungen. Das erfordert eine exzellente Signalqualität und sehr niedrigen Störpegel, um selbst kritische Modulationen zuverlässig zu erfassen. Herkömmliche Methoden wie I/Q-Mittelwertbildung oder Kreuzkorrelation mit mehreren externen Analysatoren stoßen hierbei zunehmend an ihre Grenzen, da Nachteile wie Messkomplexität, hohe Kosten und eingeschränkte Dynamik bestehen.

Dr. Wolfgang Wendler von Rohde & Schwarz hat im Beitrag die technischen Details der neuen Architektur bei den Signal- und Spektrumanalysatoren erläutert.

Grenze bisheriger Methoden überwinden

Der Mehrkanal-Signal- und Spektrumanalysator FSWX von Rohde & Schwarz adressiert diese Einschränkungen gezielt durch seine interne Architektur: Zwei integrierte Empfangspfade inklusive Splitter sowie präzise kalibrierte unabhängige Lokaloszillatoren und leistungsstarke Breitband-A/D-Wandler sind Kern des Designs. Die Signaleingänge werden intern in zwei kalibrierte Empfangskanäle aufgeteilt. Auf diese Weise ist eine einfache und unmittelbare Kreuzkorrelation möglich. Damit entfallen bisher komplexe externe Kalibrierungen und zusätzliche Splitter-Konstruktionen.

Die integrierte Kreuzkorrelation eröffnet völlig neue Möglichkeiten bei der HF-Signalanalyse. Denn die Methode reduziert Eigenrauschen und Störungen des Messinstruments, sodass selbst kleinste Nebenaussendungen, nahe am Rauschen liegende Nebenlinien oder ungewünschte Mischprodukte deutlich sichtbar werden. Der Vorteil für Messtechniker ist, dass die Messgeschwindigkeit dabei nicht abnimmt.

Vor allem die Messung des Fehlervektors (EVM) hängt stark von Phasenrauschen ab. Bereits geringe Verschlechterungen des Phasenrauschens können hohe Modulationsordnungen verhindern und die Datenrate reduzieren. Die integrierte Kreuzkorrelation verbessert hier maßgeblich die Genauigkeit und dynamische Reichweite, insbesondere bei anspruchsvollen Szenarien wie QPSK oder höher bei Frequenzen über 100 GHz.

Vorselektion durch leistungsfähige Filterbänke

Anders als bisherige Analysatoren nutzt der FSWX standardmäßig Filterbänke statt herkömmlicher YIG-Filter. Diese Filterbänke bieten einen breiteren Frequenzbereich und gleichmäßigen Frequenzgang mit einer verbesserten Pegelgenauigkeit. Weiterhin werden unerwünschten Spiegelprodukte und Störfrequenzen reduziert. Außerdem kommt es zu einer erheblichen Erhöhung der Analysegeschwindigkeit und ist laut Hersteller 10- bis 20-fach schneller als mit YIG-Filtern. Optional stehen YIG-Filter weiterhin bereit, wenn eine besonders hohe Schmalbandspektralanalyse erforderlich ist, etwa um kleinste unerwünschte Emissionen bei extrem engen Bandbreiten aufzuspüren.

Mehrkanalstruktur für MIMO, Beamforming und komplexe Testfälle

Durch die integrierten Mehrkanal-Funktionen des FSWX sind Messungen gleichzeitig über mehrere Eingangstore hinweg möglich:

• MIMO-Messungen bei Mobilfunk und WLAN,

• Beamforming bei phasenkohärenten Antennen-Arrays und

• Störereinflüsse zwischen unterschiedlichen HF-Systemen, beispielsweise Kombinationen von Radar- und Kommunikationskanälen (Wi-Fi und 5G).

Jeder Eingangskanal kann individuell angepasst werden, beispielsweise hinsichtlich Frequenz, Vorverstärkung oder Dämpfung, und erlaubt damit komplexe simultane Messungen. Triggerungen lassen sich frequenzübergreifend realisieren, etwa um beim Auftreten eines Wi-Fi-Signals eine Messung am separaten Radarkanal zu initiieren.

Bessere Empfindlichkeit für Radar- und EW-Anwendungen

In Radar-Anwendungen ist es entscheidend, kleine und langsam bewegte Ziele zuverlässig zu erkennen. Ungewünschte Nebenlinien und Störsignale erschweren dies enorm, weshalb eine niedrige Auflösebandbreite bisher eine sehr lange Messdauer bedingte. Mit der neuen Architektur des FSWX entfällt diese Einschränkung, da Kreuzkorrelation eine starke Unterdrückung des Eigenrauschens außerhalb einer extrem engen Auflösebandbreite erlaubt. Somit ist eine gleichzeitige hohe Empfindlichkeit und schnelle Messgeschwindigkeit realisierbar.

Die interne Breitband-I/Q-Analyse über 8 GHz ermöglicht eine präzise und schnelle Auswertung komplex modulierter Signale bei gleichzeitig hoher Messgenauigkeit. Dies ist essenziell für modernste Kommunikationssysteme mit komplexen Modulationsarten, weitbandigen Satellitenkommunikationssignalen oder radar-basierte Automotive-Anwendungen.

Firmware-Feature mit CrossAct-Funktion

Die CrossAct-Funktion (Cross Application Control & Triggering) erlaubt parallele und zeitlich exakt synchronisierte Messungen auf mehreren Kanälen. So lassen sich simultan mehrere HF-Signale mit individuell zugeschnittenen Analyseeinstellungen beobachten . Das ist ein Vorteil etwa bei HF-Komponentenentwicklung, komplexen Radartests oder bei der EVM-Analyse zur Modulationsqualität bei Kommunikationssystemen.

Anwendungen im Überblick

• Kommunikationstechnik: Tests komplexer Modulationsschemata wie 5G, WLAN oder Satellitenkommunikation

• Automotive- und A&D-Radar: Messung kleiner, langsamer Ziele, präzise Charakterisierung von stimulierten Radarstörsignalen

• Elektronische Kampfführung: Digitale HF-Speicher (DRFM)-Messungen mit Echtzeitauswertung von Phasen- und Amplitudenmodulationen sowie simultaner Ein-/Ausgangsanalyse

Ein Linux-basiertes Betriebssystem bietet den Anwender des FSWX einen langfristigen Support, Stabilität sowie hohe IT-Sicherheitsstandards. Damit eignet sich der Analysator auch für den Einsatz in sensiblen technischen Umgebungen. (heh)

Signal- und Spektrumanalyse

Neue Architektur verspricht höhere Messgeschwindigkeit und einfache Testaufbauten

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