Was bei der HF-Leistungsmessung eines Funksystems zu beachten ist

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Wie ein Mehrfrequenzsignal gemessen wird

Bei dem Beispiel eines Mehrfrequenzsignals verteilt sich die Ausgangsleistung des Signalgenerators auf fünf Frequenzen im Abstand von jeweils 500 kHz. Wenn die Gesamtleistung des Ausgangssignals –20 dBm (10 µW) beträgt, hat jede Einzelfrequenz eine Leistung von -26,98 dBm (2 µW). Misst ein Sensor die Durchschnittsleistung, konkret in diesem Fall die Summenleistung, aller fünf Frequenzen beträgt diese -20,13 dBm. Das CPM zeigt ein Messergebnis von -20,2 dBm, sofern seine Messbandbreite so eingestellt ist, dass alle fünf Einzelfrequenzen erfasst werden.

Im vorliegenden Fall mindestens 2,5 MHz. Wiederholt man die CPM-Messung mit einer Messbandbreite von nur 200 kHz, erfasst man nur den mittleren Ton bei 6 GHz und erhält einen Messwert von -27,1 dBm, der nahe am theoretischen Wert von -26,98 dBm für eine Einzelfrequenz liegt. Will man die Leistung von Einzelfrequenzen erfassen oder eine bestimmte Bandbreite messen, kann man das nur mit einem Spektrumanalysator, weil Leistungssensoren nicht frequenzselektiv arbeiten.

Die Spitzenleistung des Mehrfrequenzsignals unterscheidet sich von der Durchschnittsleistung. Das liegt an der Phasenbeziehung zwischen den Einzelfrequenzen. Zur Messung der Spitzenleistung braucht man einen speziellen Sensor, der Spitzenleistungen messen kann, und ein Filter, das breit genug ist, alle betroffenen Frequenzen gleichzeitig zu verarbeiten.

Messung eines digital modulierten Signals

Das zu messende digital modulierte Signal arbeitet mit 32 QAM und einer Symbolrate von 5 MSymbolen/s. Die Symbole werden gefiltert, die Signalbandbreite beträgt etwa 8 MHz (Bild 2a). Der Leistungssensor liefert einen Messwert von -20 dBm für die Durchschnittsleistung (Bild 2b), das CPM -20,07 dBm (Bild 2c).

Ein Leistungssensor liefert bei einem Signal mit unbekannter Bandbreite einen korrekten Wert für die Durchschnittsleistung, sofern der Messbereich des Sensors die Leistung des Signals und seinen Frequenzbereich abdeckt. Bei einem CPM in einem FieldFox hingegen muss man für genaue Ergebnisse die korrekte Messbandbreite einstellen.

Hierzu nutzt man zunächst die normale Funktion des Spektrumanalysators, mit der man die Bandbreite des unbekannten Signals herausfindet. Nachdem man die Bandbreite ermittelt hat, schaltet man auf CPM und kann diese Messfunktion dann auf die korrekte Bandbreite einstellen.

Bei gepulsten Signalen bezeichnet man das Verhältnis von Pulsbreite = Zeit, in der das Signal eingeschaltet ist, zu der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen = der Periode als Tastverhältnis (Duty Factor). Die Spitzenleistung eines solchen Signals ist die Durchschnittsleistung dividiert durch das Tastverhältnis. Das setzt voraus, dass das Signal periodisch ist.

Das Bild 3 zeigt ein Beispiel für eine Messung des Spektrum und der Durchschnittsleistung eines gepulsten Signals mit einer Pulsbreite von 20 µs und einem Tastverhältnis von 20 Prozent. Das Bild des Spektrumanalysators in Bild 3a zeigt eine typische Funktion nach sin(x)/x). Die Seitenbänder reichen in der Frequenzebene über die darstellte Bandbreite von 1 MHz hinaus.

Die Messung der Durchschnittsleistung mit dem Leistungssensor (Bild 3b) ergibt -27,01 dBm; die Messung mit dem CPM ergibt eine Durchschnittsleistung von -26,8 dBm (Bild 3c). Um den Großteil der Energie in den Seitenbändern zu erfassen, war die Messbandbreite des CPMs auf 3 MHz eingestellt.

Eine noch breitere Einstellung brachte keine weitere Änderung des Messwerts. Die Spitzenleistung dieses Signals mit 20 Prozent Tastverhältnis kann man errechnen, indem die Durchschnittsleistung 6,99 dB (= log₁₀(1/Tastverhältnis)) addiert. Wenn man für die Durchschnittsleistung -27 dBm misst und dazu 6,99 dB addiert, erhält man -20 dBm. Das ist die Leistung, auf die der Signalgenerator eingestellt war.

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