So funktioniert die Spektrumanalyse, Teil 2

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ODU GmbH & Co. KG

DMB Technics AG

Wie die Einstellungen am Display erfolgen

Displays verfügen typischerweise über ein x-y-Gitternetz mit jeweils 10 Unterteilungen. Die x-Achse unterliegt einem linearen Maßstab, der den angezeigten Frequenzbereich darstellt. Die Einstellung des Frequenzbereiches erfolgt in zwei unterschiedlichen Schritten: Eine Möglichkeit ist, in dem man im ersten Schritt die Mittenfrequenz einstellt und im zweiten Schritt den Span, also die eigentliche Bandbreite über die 10 Kästchen. Ein Beispiel: Mittenfrequenz bei 1,5 GHz, Span 1 GHz bedeutet linker Displayrand 1 GHz, rechter Displayrand 2 GHz.

Diese Einstellungen sind unabhängig voneinander. Wird die Mittenfrequenz geändert, bleibt der Span erhalten. Auch so könnte über einen weiteren Frequenzbereich hinweg Messungen erfolgen, wenn die Mittenfrequenz beispielsweise auf 2,5 GHz erhöht wird. Bei der anderen Einstellart wird der dargestellte Frequenzbereich über die Start-Frequenz (linker Bildrand) und die Stop-Frequenz (rechter Bildrand) bestimmt. Meist wird die Art der Einstellung auch am Bildrand unter der x-Achse angezeigt (links: Center- oder Start-, rechts: Span oder Stop-Frequenz). Unabhängig von der Einstellart, können jeweils der absolute Frequenzwert jeder Schwingung und auch die Frequenzdifferenz zweier Schwingungen bestimmt werden.

Der Vorteil einer logarithmischen Darstellung

Die y-Achse ist in Amplitudenwerten kalibriert, wobei diese Werte in Spannung mit einem linearen Maßstab oder in dB mit einem logarithmischen Maßstab angezeigt werden. Der logarithmische Maßstab ist allerdings gebräuchlicher. Vorteil der logarithmischen Darstellung ist, dass sehr kleine Werte deutlicher gegenüber großen Signalpegeln hervortreten. Im linearen Maßstab entspricht der Wertebereich beispielsweise für Spannungsverhältnisse von 3200 bis 10⁵ auf der logarithmischen Skala von 70 dB bis 100 dB; für Leistungen ist der Bereich 70 bis 100 dBm ein Leistungsverhältnis von 10⁷ bis 10¹⁰ entsprechend den beiden Gleichungen jeweils für Leistungen und für Spannungen.

Sowohl im linearen und logarithmischen Skalenbereich wird festgelegt, welchen Referenzwert die oberste Gitterlinie repräsentiert. Sie ist der Bezugspunkt, um Spannungswerte bzw. Leistungswerte abzulesen. Dadurch lässt sich der absolute Wert eines Signals oder die Signaldifferenz von zwei Amplitudenwerten ermitteln. Mit Markern lassen sich Amplitude und Frequenz bzw. Differenzwerte von zwei unterschiedlichen Signalen leichter ablesen.

Das Bild 4 im 1. Teil zeigt eine typische Display-Darstellung. Die erste Baugruppe, die das Eingangssignal durchläuft, ist der Eingangsabschwächer. Er verhindert, dass die folgenden Baugruppen und der Mischer überlastet werden (Bild1). Ziel ist es, dass der Mischer im optimalen, linearen Bereich angesteuert wird und dass damit Verstärkungskomprimierungen an den Linearitätsgrenzen und damit Verzerrungen des zu messenden Signals verhindert werden.

Zum Schutz des Mischereingangs sollte der Abschwächer auf die höchste Abschwächung gestellt werden, bevor das Signal an den Analysator gelegt wird. Viele Analysatoren besitzen im Eingangssignalpfad eine serielle Kapazität, um einen DC-Anteil eines Signals zu unterdrücken. Damit lässt sich der lineare Bereich des Mischers optimaler nutzen. Der Kondensator begrenzt die minimale Frequenz, die vom Analysator verarbeitet werden kann. Je nach Analysator beträgt sie entweder 9 oder 100 kHz bis 1 MHz.. Bei einigen Geräten lässt sich der Eingang kalibrieren, indem ein Referenzsignal auf diesen gegeben wird, um dann anschließend den Amplituden-Referenzwert am oberen Bildrand genau festzulegen.

Die Aufgabe eines Tiefpassfilters

Das Tiefpassfilter blockt sämtliche Hochfrequenzsignale vor dem Mischer ab. Signale außerhalb des zu messenden Bandes bleiben dann außen vor. Mit der LO-Frequenz würden unerwünschte Mischprodukte produziert, die im Durchlassbereich des nachfolgenden Zwischenfrequenzbandfilters liegen und nicht unterdrückt werden könnten und Messfehler verursachen würde.

Bei Mikrowellen-Spektrumanalysatoren wird das Tiefpassfilter durch ein abstimmbares Filter ersetzt, das alle Frequenzen unterdrückt, ausgenommen die untersuchten Frequenzen.

* Klaus Höing ist für die Öffentlichkeitsarbeit bei dem Messtechnik-Distributor dataTec in Reutlingen zuständig.

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