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2-2020

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik

Messtechnik Spektralanalyse mit einem Vektor-Netzwerkanalysator und der Stromversorgung wird der erste Mischer eines VNA- Empfängers normalerweise an einem Punkt betrieben, an dem der LO nahe der Sättigung arbeitet. (Bekanntlich steigt die Linearität des Mischprozesses sukzessive mit der LO-Leistung.) Infolgedessen liegen die Oberschwingungen der LO-Frequenz auf höheren Pegeln als in einem SA-Empfänger üblich. Die erste ZF des VNA-Empfängers ist normalerweise nicht sehr hoch und wesentlich niedriger als die Durchlassbandbreite, daher können diese Verzerrungsprodukte in den VNA-Frequenzbereich fallen. Im Allgemeinen beträgt die Mischerausgangsfrequenz: Für das VNA-Modell Planar 304/1 ist f IF = 10,7 MHz. Für den Planar 804/1 ist f IF = 5,037 MHz. Die Aufmachergrafik zeigt einen Screenshot vom Planar 804/1 während der Analyse eines an Port 2 gesendeten Signals mit 100 MHz und einem Eingangspegel von -3 dBm und einer Dämpfung der zweiten Harmonischen von 80 dB über die Bandbreite von 1 bis 201 MHz (Messbandbreite 200 MHz). Die Ausgangsleistung von Port 1 wird auf 0 dBm gesetzt, sodass S21 der in dBm gemessenen Leistung entspricht. Um Störgeräusche zu reduzieren, ist Port 1 mit 50 Ohm abgeschlossen. Vektor- Netzwerkanalysatoren (VNAs) werden häufig in Forschung, Fertigung und Service eingesetzt. Wie damit auch eine vereinfachte Spektrumanalyse ermöglicht werden kann, erläutert dieser Bericht. VNAs enthalten eine Signalquelle und einen Empfänger mit einem oder mehreren Frequenzumsetzern. Das VNA- Modell Planar 304/1 ist im Frequenzbereich von 100 kHz bis 3,2 GHz einsetzbar, das Modell Planar 804/1 zwischen 100 kHz und 8 GHz. In einigen Fällen kann ein VNA-Empfänger zum Zwecke einer vereinfachten Spektrumanalyse verwendet werden. Diese Anwendungsfälle sind z.B. Erkennung der Selbsterregung, Bestimmung der Signalleistung und des Oberwellenpegels oder Abweichung des Spektrums von einem erwarteten Referenzspektrum. f output = S x f signal + G x f LO S und G ... -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ... Wenn f output in die ZF-Bandbreite fällt, wird diese Komponente verstärkt und angezeigt. Beim Messen der oberen LO-Frequenz ist die angezeigte Frequenz: f disp = f LO - f IF Genauigkeit oder Schnelligkeit Wenn der Empfänger über den Anzeigefrequenzbereich gewobbelt wird, wird der LO eingestellt und die Leistungen werden gemessen, mit Ergebnissen gemäß Tabelle 1: Die Messbandbreite ist viel größer als die ZF-Bandbreite, weshalb jedes VNA, SA & Basics Quelle: Spectral Analysis with a VNA, Copper Mountain Technologies, www.coppermountaintech.com, 23.3.2018 übersetzt von FS Der Hauptunterschied zwischen einem VNA-Empfänger und einem Empfänger im klassischen Spektrumanalysator (SA) ist: Der VNA-Empfänger hat eine geringere Dämpfung seiner eigenen Störantworten oder Störprodukte, insbesondere der Mischprodukte des ersten Mischers. Für die Erhöhung der Stabilität des ersten Mischers bezüglich Mischverstärkung und die Verringerung seiner Abhängigkeit vom LO Tabelle 1, s. Text 22 hf-praxis 2/2020

Messtechnik Bild 1: Ein 3-GHz-Signal und seine Oberwellen, Messbandbreite 7,9 GHz Bild 2: 32-MHz-QPSK-Signal, Messbandbreite 100 MHz Mischprodukt (gewünscht und harmonisch) durch zwei Spektrallinien direkt in der Grafik dargestellt wird. Da normalerweise ein qualifizierter, ausgewogener Mischer verwendet wird, ist der Pegel des angezeigten Signals bei den ungeraden LO-Harmonischen signifikant. Die dritte Harmonische kann relativ zum Grundsignal bis zu -10 dB betragen. Bild 3: 32-MHz-QPSK-Signal, Messbandbreite 2 GHz Die Anzahl der Sweep-Punkte bestimmt die Auflösung des Spektrums und hängt vom ZF- Filterband ab sowie von Messbandbreite und Messunsicherheit. Das ZF-Filterband wird auf Basis eines Abfalls um 3 dB bestimmt. Der Frequenzversatz des Eingangssignals (gemessen von der Mittenfrequenz des Filters aus um ±0,3 von entspricht einer Reduzierung der Verstärkung um 1 dB. Wenn zum Beispiel die Analysebandbreite 200 MHz, die ZF-Filterbandbreite 30 kHz und die gewünschte Messunsicherheit bezüglich der Filterfrequenz 1 dB (Verzerrung) beträgt, dann sollte die Anzahl der Sweep-Punkte auf 200 MHz/(0,6 x 0,03 MHz) = 11.111 eingestellt werden. Doch die Abbildung zeigt eine viel höhere Anzahl von Sweep-Punkten, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen bei der Darstellung der LO-Harmonischen. Diese gewählten Parameter führen zu einer Sweep-Zeit von 12 s. Aus der Messpraxis Bild 1 zeigt das Spektrum eines Signals bei 3 GHz mit einem Pegel von -2 dBm und einer zweiten Harmonischen von -25 dB. In diesem Beispiel ist die Auflösung der Anzeige und des Screenshots nicht ausreichend, um die Direktanzeige zu realisieren. Die Bilder 2 und 3 zeigen die Spektren eines 32-MHz-QPSK- Signals mit einer Trägerfrequenz von 1 GHz (984 bis 1016 MHz Bandbreite bei -6 dB), analysiert mit einem Planar 804/1. Der LO ist zwischen 979 und 989 MHz abgestimmt. Das Differenzsignal am unteren LO f IF = f signal - f LO wird angezeigt in der Bandbreite von 974 bis 984 MHz. Während einer weiteren LO-Abstimmung von 989 auf 1011 MHz wird das Signal sowohl am unteren als auch am oberen LO empfangen und die angezeigte Frequenzbandbreite beträgt 984 bis 1006 MHz. Während der weiteren LO-Abstimmung von 1011 bis 1021 MHz wird das Signal am oberen LO empfangen (f IF = f LO - f signal ), die angezeigte Frequenzbandbreite beträgt 1006 bis 1016 MHz. Während des mittleren Abschnitts der Messung, in dem sich sowohl die obere als auch die untere Mischfrequenz befinden, wird das rauschartige Eingangssignal im Detektor inkohärent kombiniert, was zu einem angezeigten Pegel führt, ca. 3 dB höher als von 974 bis 984 MHz gemessen. Bild 3 hebt diesen 3-dB-Schritt im Zentrum des gemessenen Signalspektrums hervor (Pfeil). Bild 4 und 5 zeigen die Spektren eines 7,6-MHz-OFDM-Signals mit Trägerfrequenzen von 3 GHz (Bild 4) und 1 GHz (Bild 5), analysiert unter Verwendung eines Planar 304/1. Die Bildfrequenz von 21,4 MHz ermöglicht die Anzeige von oberer und unterer Frequenzmischung getrennt. Bild 6 und 7 zeigen die Spektren eines analogen TV-Signals mit einer Trägerfrequenz von 855,25 MHz unter Verwendung eines Planar 304/1. Die Bildfrequenz von 21,4 MHz ermöglicht die Anzeige von oberer und unterer Frequenzmischung getrennt, weshalb das Spektrum unverzerrt angezeigt wird - aber doppelt. Die 500 kHz Analysebandbreite und das 1-kHz-ZF-Filterband in Bild 7 bieten einen guten Überblick über die Zeilensynchronisa- hf-praxis 2/2020 23

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