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8-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik

Messtechnik Konfigurieren eines Spektrum-Analysators für die Messung kleiner Signale Die Messung kleiner Signale mit einem Spektrum-Analysator ist eine häufig notwendige Aufgabe. Der wesentliche Grund dafür ist, dass Rauschen, das im Spektrum-Analysator erzeugt wird, eine Grenze für den kleinsten noch erkennbaren Signalpegel darstellt. Bird Systems/ Applications Engineering Bird Technologies www.bird-technologies.com Bild 1 : SignalHawk von Bird Selbst wenn ein Anwender den spezifizierten Rauschpegel des Spektrum-Analysators bei Abschluss des Eingangs mit 50 Ohm kennt (DANL = Displayed Average Noise Level, Rauschboden) ist oft nicht klar, wie man den Analysator richtig konfiguriert, um diese Spezifikation zu erzielen. Auch können möglicherweise die Einstellungen, die benötigt werden, um die DANL-Spezifikation zu erzielen, nicht für jede Anwendung geeignet sein. Der Rauschboden oder DANL eines Spektrum-Analysators bestimmt das kleinstmögliche Signal, das durch das Gerät gemessen d.h. dargestellt werden kann. Wenn man zum Beispiel versucht, ein Signal mit einem Pegel von -130 dBm zu messen, dann muss der Analyzer einen DANL von weniger als -130 dBm haben. Im Idealfall sollte das gemessene Signal einige dBm über dem DANL liegen, um deutlich sichtbar zu sein. Wenn der Rauschpegel des Eingangssignals jedoch größer als der DANL des Spektrum-Analysators ist, dann dominiert der Rauschpegel des Eingangssignals. Viele Faktoren beeinflussen den DANL eines Spektrum-Analysators. Er kann einen sehr niedrigen, minimalen DANL aufweisen, der sich mit den optimalen Einstellungen der internen Signalverarbeitungskette aber deutlich erhöhen lässt. Um den Analysator optimieren zu können, muss man zunächst die Faktoren kennen, die den DANL beeinflussen. Beispielsweise beträgt die minimale Spezifikation des DANL -135 dBm für den SignalHawk (Bild 1) von Bird. Sie wird mit den folgenden Einstellungen erzielt: • Auflösungs-Bandbreite (RBW) 100 Hz • Videobandbreite (VBW) 10 Hz • Vorverstärker-Gewinn 24 dB • Average-Modus Dieser minimale DANL wird nur dann erreicht, wenn der Eingang des Analysators mit 50 Ohm abgeschlossen ist und von einer Signalquelle angesteuert wird, deren Rauschen deutlich unter dem DANL liegt. Die Auflösungs-Bandbreite (RBW) eines Spektrum-Analysators bestimmt den kleinsten auflösbaren Frequenzabstand. Um zu verstehen, wie die RBW die auf dem Analyzer angezeigte Spur beeinflussen, besteht einfach darin, sich die RBW als die Spektrumsbreite vorzustellen, die in einem Stück analysiert wird. In dieser Analogie wird bei einer größeren RBW auch ein größerer Spektrumsausschnitt auf einmal analysiert, aber dabei gehen Details der Spur verloren. Wenn die RBW größer als der Frequenzabstand von zwei Signalen ist, werden beide Signale innerhalb der Bandbreite analysiert, aber nur ein Signal erscheint auf dem Display. Entspricht die RBW dem Frequenzabstand der beiden Signale, wird eine 3-dB-Absenkung zwischen beiden Signalen sichtbar (Bild 2). Wird die RBW kleiner, werden mehr und mehr Details zwischen den beiden Signalen sichtbar. Als Konsequenz dauert ein kompletter Sweep jetzt entsprechend länger. Es muss aber darauf hingewiesen werden, dass die Auflösung in manchen Fällen auch zu gering sein kann. Wenn die RBW nicht groß genug ist, um die Seitenbänder eines modulierten Signals einzuschließen, liefert der Spektrum-Analysator eine falsche Messung. Nimmt die RBW ab, wird auch der Betrag der unkorrelierten Rauschleistung geringer, und das reduziert den auf dem Analyzer sichtbaren DANL. Die Videobandbreite (VBW) bestimmt, wie stark das Videosignal, das aus dem umgesetzten RF-Signal gewonnen wird, vor der Darstellung auf dem Display durch das Videofilter geglättet wird. Da die VBW der RBW Bild 2: Entspricht die RBW dem Frequenzabstand der beiden Signale, wird eine 3-dB-Absenkung zwischen beiden Signalen sichtbar 16 hf-praxis 8/2016

K N O W - H O W V E R B I N D E T Bild 3: Tatsächliches Eingangssignal Messtechnik Bild 4: Ansicht mit größerer RBW EMV, WÄRME- ABLEITUNG UND ABSORPTION SETZEN SIE AUF QUALITÄT Maßgeschneiderte Produkte nach indi viduellen Vorgaben für kunden spezifische Anwendungen, hergestellt mittels modernster Technologie, stehen für uns im Vordergrund. Mehr als 30 Jahre Erfahrung, qualifizierte Beratung und applikative Unterstützung unserer Kunden sowie namhafte Kooperationspartner sind die Bausteine für unseren Erfolg. Zeichnungsteile mittels Schneidplotter Stanzteilherstellung mittels Hoch leistungsstanze Bild 5: Tatsächliches HF-Eingangssignal Bild 6: Größere VBW Zuschnitt „cut to length“ in der Signalverarbeitungskette folgt, findet keine Glättung statt, wenn die VBW größer oder gleicher der RBW ist. Die Verringerung der VBW reduziert auch die Größe des dargestellten Rauschens, daher können Signale in der Nähe des Rauschflurs wahrgenommen werden. Die Reduzierung der VBW verlängert aber ebenfalls die Sweep-Zeit. Die Verstärkungs-Einstellung des Preamps kontrolliert den eingebauten LNA am Signal-Eingang. Da das interne Rauschen des Spektrum-Analysators konstant ist und von der Schaltung erzeugt wird, die dem Vorverstärker folgt, kann der DANL des Gerätes gesenkt werden, indem das eingehende Signal verstärkt und dann der interne Vorverstärkergewinn zur korrekten Anzeige kompensiert wird. Wenn ein -30-dB-Signal zum Beispiel den internen 24-dB-Vorverstärker durchlaufen hat, würde das resultierende Signal - ohne Kompensation - mit einem Pegel von -6 dBm angezeigt werden. Da der Vorverstärker jedoch ein interner Bestandteil des Spektrum-Analysators ist, wird das angezeigte Signal automatisch zum ursprünglichen -30-dBm-Wert korrigiert. Wenn also das Eigenrauschen des Analysators, der dem Vorverstärker folgt, -110 dBm beträgt, wird das Signal nach durchgeführter 24-dB-Korrektur mit -134 dBm angezeigt. Wenn kein Eingangssignal anliegt, wird der effektive DANL ungefähr um den Betrag des Vorverstärkergewinns gesenkt. Bei der Verwendung des internen Vorverstärkers des Spektrum-Analysators muss man vorsichtig sein, dass der internen Schaltung durch den Preamp kein zu starkes Signal zugeführt wird, da dies großen internen Schaden verursachen könnte. Beispielsweise sollte der Vorverstärker des Signal- Hawk nicht bei Eingangssignalen von mehr als -30 dBm verwendet werden. Der Detection Mode „Average“ stellt den Mittelwert der für jedes Display-Pixel gesammelten Rohdaten dar. Dies wird zur Rauschreduzierung empfohlen, da eine Mittelwertbildung der vielen Roh-Datensamples die resultierende Messung weniger empfindlich gegen Rauschen macht. Die Anzahl der gesammelten rohen Datenproben wird üblicherweise durch die Kombination aus RBW, VBW und die gewählten Frequenzbereichseinstellungen kontrolliert. Bei den Messungen muss man - um Probleme zu vermeiden - immer berücksichtigen, dass die Änderung irgendeiner der empfohlenen Einstellungen zur zeitlichen Verkürzung der langen Schleifenzeiten, die durch das geforderte niedrige DANL notwendig sind, zu einem Anstieg des DANL führt. ◄ Hohe Straße 3 61231 Bad Nauheim T +49 (0)6032 9636-0 F +49 (0)6032 9636-49 info@electronic-service.de www.electronic-service.de Herstellung von O-Ringen Zuschnitt von Rollenware Stanzteilherstellung mittels Swing-Beam- Presse Zuschnitt mittels Wasserstrahltechnik ELECTRONIC SERVICE GmbH hf-praxis 8/2016 17 17

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