Welchen Einfluss die Auflösebandbreite eines Spektrumanalysators hat

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Die Stör-Frequenzmodulation (Residual FM)

Vor allem bei früheren Spektrumanalysatoren gab es eine Störfrequenzmodulation durch die erste Mischstufe mit ihrem LO. Diese Stör-FM hatte ihren Ursprung durch die – im Gegensatz zu heutigen Oszillatoren – geringere Stabilität der YIG- (Yttrium-Iron-Garnet-/Yttrium-Eisen-Granat-)LOs. Durch diese Instabilität wurde die LO-Frequenz moduliert und damit ebenfalls das Mischprodukt. So konnte die Auflösebandbreite nur eine 1 kHz-Bandbreite betragen.

Aktuelle Spektrumanalysatoren erreichen eine Störfrequenzmodulation von 0,25 Hz (bei der PXA-/PSA-Serie 1 bis 4 Hz und die ESA-Serie von 2 bis 8 Hz). Insgesamt führt das bei vielen Spektrumanalysatoren zu Auflösebandbreiten von 1 Hz. Ein Praxis-Tipp: Jede Frequenzinstabilität, die auf dem Display beobachtet werden kann, stammt meist vom Eingangssignal.

Das Phasenrauschen als eine wesentliche Kenngröße

Kein Oszillator ist ideal und stabil. Auch wenn man den aktuellen Frequenzjitter des LO eines Spektrumanalysators nicht direkt erkennen kann, ist die Phaseninstabilität des LO in einem Spektrumanalysator vorhanden. Bekannt ist dieses als „Phasenrauschen“ zuweilen auch „Seitenbandrauschen“ (Sideband Noise) genannt. Durch das zufällige Rauschen wird der LO entweder in der Frequenz oder der Phase moduliert. Jede Instabilität führt zu unerwünschten Mischprodukten nach dem Mischer. Daher werden die modulierten Seitenbänder in der Nähe jeder spektralen Signalkomponente auf dem Display sichtbar, sofern die Signale deutlich über dem Breitband-Rausch-Pegel des Systems liegen.

Das Aussehen des Phasenrauschens auf dem Display ist eine Frage, wie der Spektrumanalysator und speziell die Phase-Lock-Loop-Schaltungen zur Stabilisierung der LOs ausgelegt sind. Bei einigen Spektrumanalysatoren ist das Phasenrauschen flach, bei anderen ist es ein mehr oder weniger breiter Sockel, wieder andere Spektrumanalysatoren sind so konzipiert, dass das Rauschen wegfällt, da ein großer LO-Frequenzoffset zum messenden Signal genutzt wird.

Generell kann das anlagenbedingte Phasenrauschen nur dann beobachtet werden, wenn sehr schmalbandige Auflösebandbreiten genutzt werden und die Phasenrauschprodukte über der Hüllkurve des Filters liegen. Das Phasenrauschen wird in dBc (dB relativ zu einem Träger) angegeben und ist normiert auf eine 1-Hz-Rauschbandbreite. Zuweilen ist dieser Wert dann auf mehrere LO-Frequenzoffsets spezifiziert oder es ist ein Graph angegeben, wie sich dieser dBc-Wert über einen Offset-Frequenzbereich verändert.

Wie sich das Phasenrauschen reduzieren lässt

Um das Phasenrauschen zu reduzieren, bieten aktuelle Spektrumanalysatoren unterschiedliche Stabilisationsmoden, um die LO-Frequenz zu selektieren. Bei der PXA-Serie sind drei Modi möglich:

• Optimiertes Phasenrauschen für Frequenzoffsets vom Träger kleiner 140 kHz. Dieser Modus sollte angewendet werden, wenn das zu messende Signal oder Spektrum in einem Bereich von 140 kHz am Träger liegt.

• Optimiertes Phasenrauschen für Frequenzoffsets vom Träger größer 160 kHz. Ist das Frequenzband ungefähr 160 kHz vom Träger entfernt, sollte dieser Modus genutzt werden.

• Optimieren des LOs für schnelles Durchwobbeln. Bei diesem Modus wird ein Kompromiss eingegangen zwischen einer größeren Auflösebandbreite sowie höherem Phasenrauschen bei allen Offsets vom Träger unter ca. 2 MHz verwendet und der Messgeschwindigkeit, mit der eine vorgegebene Bandbreite durchgemessen wird. Vor allem bei EMV-Messungen ist dieses von entscheidender Bedeutung, da hier die möglichen Emissionen eines Prüflings schnell entdeckt werden, die dann mit schmalbandigeren Filtern nochmals genauer verifiziert werden. Mit dem Ändern der Mittenfrequenz auf der Frequenzachse oder der Messbandbreite lässt sich sehr schnell ein Überblick gewinnen, in welchem Frequenzbereich Emissionen auftreten.

Das Phasenrauschen ist eine wichtige Spektrumanalysator-Kenngröße, da es die Limitierung darstellt, wie gut ein Spektrumanalysator ungleich große benachbarte Signale separieren kann. In den vorigen Abschnitten ist beschrieben worden, wie benachbarte Signale mit dem -3-dB-Kriterium in Verbindung mit der Auflösebandbreite separiert werden können.

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