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Spezifikationen des Spektrumanalysators

Spezifikationen des Spektrumanalysators

Die Spezifikationen des Spektrumanalysators können ein wenig kompliziert sein, aber es ist wichtig, dass Sie bei der Auswahl eines dieser Testinstrumente zumindest ein grundlegendes Verständnis dafür haben.

Selbst wenn ein Spektrumanalysator verwendet wird, kann durch das Verstehen der Spezifikationen sichergestellt werden, dass seine Einschränkungen verstanden werden und die durchgeführten Messungen innerhalb seiner Möglichkeiten liegen.

Spektrumanalysatoren sind teure Testinstrumente. Es ist wichtig, dass für jede Anwendung das beste ausgewählt wird. Das Verständnis der grundlegenden Spezifikationen sowie des Unterschieds zwischen Analog- / Überlagerungsspektrumanalysatoren, FFT-Spektrumanalysatoren und sogar Echtzeitspektrumanalysatoren kann wichtig sein.

Ein wenig Zeit beim Studium der Spezifikationen kann sicherstellen, dass das richtige Testinstrument ausgewählt wird.

Spektrumanalysatortypen

Bevor Sie sich mit den Spezifikationen und deren Bedeutung befassen, müssen Sie zunächst den richtigen Analysatortyp auswählen. Es gibt verschiedene Arten von Analysatoren, daher ist es wichtig zu verstehen, was jeder Typ ist und was er erreichen kann.

  • Überlagerungsspektrumanalysator: Diese Art von Spektrumanalysator verwendet das Überlagerungsprinzip. Ein lokaler Oszillator wandelt das eingehende Signal in eine ZF mit fester Frequenz um. Durch Abtasten des lokalen Oszillators mit einer Rampenspannung ist es möglich, einen Frequenzbereich abzutasten. Wenn die Rampenspannung auch mit der horizontalen Achse der Anzeige und der vertikalen Achse mit dem erfassten Signalpegel verbunden ist, wird eine Anzeige des Spektrums angezeigt.
  • FFT-Spektrumanalysator: Der FFT-Spektrumanalysator mit schneller Fourier-Transformation verwendet digitale Techniken. Das eingehende Signal wird abgetastet und aufeinanderfolgende Abtastungen werden an einen FFT-Prozessor weitergeleitet, um das Signal zu verarbeiten. Der FFT-Prozessor stellt die gesamte Signalverarbeitung bereit, so dass Spektruminformationen an einen Steuer- und Anzeigeprozessor weitergeleitet werden können, um angezeigt zu werden.
  • Echtzeit-Spektrumanalysator: Eines der Probleme mit einem FFT-Analysator besteht darin, dass transiente Signale zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten für den FFT-Prozessor übersehen werden können. Um dies zu überwinden, nimmt ein Echtzeit-Spektrumanalysator Proben, die sich zeitlich überlappen. Auf diese Weise wird ein auftretender Übergang erfasst und kann analysiert werden. Echtzeit-Spektrumanalysatoren sind besonders nützlich für die Analyse von HF-Systemen, die von Prozessoren gesteuert werden, da Störungen und Transienten auftreten können. Sie sind auch sehr nützlich für die Erfassung verschiedener Modulationsformen und für Frequenzsprung-Systeme.
  • USB-Spektrumanalysator: Obwohl USB-Spektrumanalysatoren möglicherweise kein anderer Analysatortyp als solcher sind, rechtfertigen sie wahrscheinlich einen Abschnitt, da sie eine sehr kostengünstige Möglichkeit zur Erstellung eines Spektrumanalysators darstellen. Durch Erfassen der Wellenform und Durchführen der Verarbeitung in einem speziell entwickelten FPGA können die verarbeiteten Informationen über eine USB-Schnittstelle zur Anzeige an einen Computer übergeben werden. Dies spart erhebliche Kosten und Platz.

Frequenzabdeckung des Spektrumanalysators

Möglicherweise ist eine der wichtigsten Überschriften für einen Spektrumanalysator die Frequenzabdeckung.

Typischerweise kann ein Spektrumanalysator von sehr nahe Null Hertz bis zu seiner Spitzenfrequenz messen.

Normalerweise ist die untere Frequenzgrenze für die meisten Anwendungen kein Problem, da HF-Spektrumanalysatoren normalerweise für Frequenzen weit im HF-Spektrum verwendet werden. Die Untergrenze kann davon abhängen, ob das Prüfgerät DC- oder AC-gekoppelt ist. Die Gleichstromkopplung ergibt normalerweise eine viel untere Grenze. Ein typisches Beispiel für die Untergrenze eines High-End-Spektrumanalysators kann bei der Gleichstromkopplung bei etwa 2 Hz liegen, bei der Wechselstromkopplung jedoch bei 10 MHz.

Der Vorteil der Wechselstromkopplung besteht darin, dass jeglicher Gleichstrom entfernt wird, der auf dem Signal vorhanden sein kann. Wenn die Gleichstromkomponente zu groß ist, kann dies leicht den Eingang des Spektrumanalysators beschädigen und die Reparatur kann teuer werden.

Der Hauptparameter, der für die Frequenzabdeckungsspezifikation erforderlich ist, ist die Obergrenze. Dies sollte natürlich zumindest die Grundlagen der interessierenden Signale umfassen, aber denken Sie daran, dass Spektrumanalysatoren häufig erforderlich sind, um Störsignale wie Intermodulationsverzerrungen und Harmonische zu messen.

Um die Leistung einer Einheit, eines Moduls oder einer Schaltung ordnungsgemäß überprüfen zu können, muss mindestens die dritte Harmonische des Hauptsignals und vorzugsweise eine höhere Harmonische angezeigt werden.

Die Auswahl der richtigen oberen Frequenz muss sorgfältig beurteilt werden, möglicherweise mit einem gewissen Maß an Kontingenz. Inkremente in der oberen Frequenz sind jedoch tendenziell ziemlich groß und bringen einen großen Kostenanstieg mit sich.

Frequenzgenauigkeitsspezifikation

Die Frequenzgenauigkeit ist eine wichtige Spezifikation für jeden Analysator. Obwohl es sich nicht um einen Frequenzzähler handelt, ist die Frequenzgenauigkeit häufig der Schlüssel zu seiner Spezifikation.

Die Frequenzgenauigkeit wird für die älteren analogen Superheterodyn-Sweep-Analysegeräte und die viel neueren digitalbasierten FFT-Analysegeräte unterschiedlich behandelt. Es lohnt sich, die Spezifikationen für beide Arten von Prüfgeräten getrennt zu betrachten. Da der Superheterodyn-Sweep-Analysator der erste in der Szene war, wird dies zuerst behandelt:

  • Analoge Superheterodyn-Sweep-Spektrumanalysatoren: Die Fehler für diese Form des Spektrumanalysators können in verschiedene Bereiche unterteilt werden:
    • Ungenauigkeit der Frequenzreferenz: Dieser Fehler wird hauptsächlich durch den internen Zeitbasisoszillator im Analysator bestimmt. Heutzutage verwenden praktisch alle Spektrumanalysatoren einen Hochleistungs-Kristallofenoszillator, so dass dieser Begriff normalerweise recht klein ist. Auch die interne Architektur des Analysators wird diesen Begriff beeinflussen. Wenn Sie jedoch einen Spektrumanalysator für Frequenzmessungen verwenden, ist zu beachten, dass der Ofen einige Zeit zum Aufwärmen und Absetzen benötigt. Daher sollten alle Messungen erst durchgeführt werden, wenn sich die Analyse eingestellt hat. Ausführliche Informationen hierzu finden Sie im Datenblatt des Spektrumanalysators.
    • Span-Fehler: Bei älteren Analysegeräten, die möglicherweise keine digitalen Techniken verwendet haben, war ein Bereichsfehler ebenfalls ein zentrales Problem. Dieser Fehler wurde häufig in zwei Spezifikationen aufgeteilt, basierend auf der Tatsache, dass viele Spektrumanalysatoren für kleine Bereiche vollständig synthetisiert wurden, für größere Bereiche jedoch im offenen Regelkreis abgestimmt sind. Überprüfen Sie die Funktionsweise des Analysators, aber für die meisten modernen gilt dies nicht
    • Mittenfrequenzfehler: Auch diese Form der Fehlerspezifikation war auf ältere Analysegeräte anwendbar. In den meisten Fällen war es viel kleiner als der Spannenfehler.
  • FFT-basierte Spektrumanalysatoren: Die Fast Fourier Transform Spektrumanalysatoren verwenden einen ganz anderen Ansatz, um das gleiche Ziel wie die älteren Testinstrumente zu erreichen. Zu dieser Gruppe von Analysatoren gehört auch der Echtzeit-Spektrumanalysator, da es sich tatsächlich um eine spezialisierte Hochleistungsversion des FFT-Spektrumanalysators handelt. Es ist auch möglich, den USB-Spektrumanalysator einzuschließen, da er nach denselben Prinzipien wie der FFT-Analysator arbeitet. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das USB-Testgerät die Anzeige, die Anzeigeverarbeitung, die Steuerelemente usw. in einem Computer verwendet, während es den Computer verlässt USB-Spektrumanalysator für die gesamte Signalverarbeitung.

    In diesen Analysatoren werden alle Referenzsignale, Takte und dergleichen von einer Quelle mit hoher Stabilität abgeleitet. Oft handelt es sich um einen ofengesteuerten Quarzoszillator - dieser kann sogar an eine viel höhere Standardquelle angeschlossen werden, um dem System eine viel höhere Frequenzgenauigkeit zu verleihen. Jede vom Analysator durchgeführte Frequenzmessung wird grundsätzlich durch die Genauigkeit der Uhr bestimmt.

    Typischerweise werden Frequenzmessungen unter Verwendung von Markern durchgeführt. Eine Position auf dem Bildschirm wird ausgewählt, und häufig ist dies eine Spitze eines Signals, damit seine Mittenfrequenz gemessen werden kann. Interessant ist vor allem die Frequenzgenauigkeit dieser Marker.

    Es gibt verschiedene Frequenzgenauigkeitsspezifikationen, die in einem FFT-Spektrumanalysator verwendet werden.

    • Markerauflösung: Die Markerauflösung hängt nicht wirklich mit der Frequenzgenauigkeit zusammen, sondern gibt die Schritte an, die der Marker ausführen kann - sie gibt die Schrittgröße zwischen einer Position und der benachbarten an. In vielen Testgeräten kann dies bis zu 1 Hz betragen. Dies ist mehr als ausreichend, zumal sich einige der Frequenzen, die moderne Analysegeräte messen können, auf viele GHz erstrecken.
    • Unsicherheit der Markerfrequenz: Die Unsicherheit des Markers ist die Genauigkeit des Systems. Da die Markierungen die Frequenz auslesen, bei der sie positioniert sind, und häufig die Spitzen- oder Mittenfrequenz eines Signals angeben, ist diese Genauigkeit oder genauer gesagt die Unsicherheit von großer Bedeutung.

      Die Marker-Unsicherheitszahl besteht aus mehreren Elementen. Sie kann typischerweise als ± (Markierungsfrequenz x Referenzgenauigkeit + typischerweise um 10% der Auflösungsbandbreite + 0,5 x (Spanne / (Sweep-Punkte - 1) + Markierungsauflösung)) bestimmt werden.

    Die Frequenzgenauigkeit einer Frequenzreferenz, die in einem Spektrumanalysator verwendet wird, unabhängig davon, ob es sich um einen Wobbelanalysator oder einen FFT-Analysator handelt, hängt von der Frequenzreferenz ab, die zum Ansteuern des Frequenzsynthesizers und anderer Taktsignale verwendet wird. Dies setzt voraus, dass der variable Oszillator im Analysator synthetisiert ist und nicht wie bei einigen sehr frühen Analysatoren frei läuft.

    Der Frequenzreferenzfehler kann als ± berechnet werden (Zeit seit der letzten Einstellung x Alterungsrate + Temperaturdrift + Kalibrierungsgenauigkeit).

Die Frequenzgenauigkeit von Spektrumanalysatoren ist im Labor nicht immer einfach zu berechnen, aber die heutigen Hochleistungsmodelle bieten überraschend hohe Genauigkeitsniveaus, obwohl es mit den obigen einfachen Berechnungen möglich ist, eine gute Schätzung der Leistung zu erhalten, ohne dies zu tun eine vollständige Untersuchung aller relevanten Parameter.

Phasenrauschspezifikation

Phasenrauschen hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, und gleichzeitig ist es notwendig, die Phasenrauschleistung vieler Oszillatoren und Systeme zu messen.

Um Phasenrauschmessungen durchführen zu können, muss die Leistung des Spektrumanalysators besser sein als die des Prüflings. Wenn nicht, ist die Messung die des Phasenrauschprüfgeräts, das die Messung durchführt, da das Phasenrauschen vom Spektrumanalysator das des Prüflings maskieren würde.

In Anbetracht dessen ist die Phasenrauschleistung des Analysators ein Schlüsselparameter.

Typischerweise wird die Phasenrauschspezifikation als der Pegel des Einseitenbandrauschens angegeben, der gemessen wird, wenn eine perfekte Signalquelle verwendet wird. Es wird als der Pegel des Phasenrauschens angegeben, der in dBc (Dezibel relativ zum Träger) gemessen wird und in einer Bandbreite von 1 Hz bei einem bestimmten Versatz gemessen wird.

Da der Pegel des Phasenrauschens mit dem Versatz variiert, kann der Pegel bei einer Anzahl von Frequenzen spezifiziert werden, und es kann auch eine grafische Darstellung des Rauschens gegeben werden.

Eine typische Spezifikation sieht möglicherweise wie folgt aus:

Offset vom SpediteurNiveau
10 Hz-80 dBc
100 Hz-108dBc
1 kHz<-125 dBc
10 kHz<- 135 dBc
100 kHz<- 138 dBc
1 MHz<-145 dBc
10 MHz<- 154 dBc

Wenn die Messung einen Versatz von 10 MHz erreicht, wird erwartet, dass das Rauschen konstant bleibt und das Grundrauschen des Testinstruments erreicht.

Amplitudengenauigkeitsspezifikation

Die Spezifikation des Spektrumanalysators für die Amplitudengenauigkeit ist für alle vom Prüfgerät durchgeführten Messungen von großer Bedeutung.

Mit der Amplitudengenauigkeit sind zwei Analysatorspezifikationen verbunden:

  • Absolute Genauigkeitsspezifikation: Diese Spezifikation des Spektrumanalysators bezieht sich auf Messungen, bei denen der absolute Pegel erforderlich ist. Dies kann eine Messung des Leistungspegels eines Signals sein, ausgedrückt in dBm usw.
  • Relative Genauigkeitsspezifikation: Die relative Genauigkeitsspezifikation unterscheidet sich geringfügig. Diese Spezifikation wird verwendet, wenn Signale im Vergleich zu einem anderen Signal in Dezibel ausgedrückt werden. Zum Beispiel kann eine Harmonische in Dezibel auf dem Träger ausgedrückt werden. Diese Messungen sind im Allgemeinen genauer als die absoluten Messungen, da die Genauigkeit der gesamten Signalkette gleich ist

Auflösungsbandbreitenspezifikation

Die Auflösungsbandbreitenspezifikation für einen Spektrumanalysator ist wichtig, wenn Signale gemessen werden müssen, die nahe beieinander liegen.

Die Auflösungsbandbreite wird hauptsächlich durch die Bandbreite des im Analysator verwendeten Filters bestimmt, aber andere Faktoren wie Filtertyp, Rest-FM und Rausch-Seitenbänder sind Faktoren, die bei der Bestimmung der verfügbaren nützlichen Auflösung berücksichtigt werden müssen.

Schau das Video: Reparatur: Spektrumanalysator 8555A 18Ghz. Wer sweeped zuerst? (November 2020).