Rauschen; Video-Filter; Empfi Ndlichkeit - Max. Eingangspegel - Hameg HM5530 Handbuch

A n f o r d e r u n g e n a n S p e k t r u m a n a l y s a t o r e n
zu groß gewählt, so können die Filter sind u.U. nicht einschwin-
gen, dies resultiert in unkorrekter Amplitudendarstellung des
Spektrums. Im allgemeinen werden die einzelnen Spektral-
linien dann mit zu niedriger Amplitude dargestellt. Auf diese
Weise sind praktische Grenzen für die kleinste Filterbandbreite
gesetzt.
Man defi niert eine sog. Optimale Aufl ösung (optimum resolu-
tion) zu:
SQRT Span (dispersion) in Hz
Optimale Aufl ösung = ——————————————
Fern defi niert man eine Optimale Aufl ösungsbandbreite (opti-
mum resolution bandwidth) zu:
Opt. Aufl ösungsbandbreite = ——————————————
Für sehr lange Sweepzeiten fallen beide zusammen.
Bei gepulsten Signalen beträgt die optimale Aufl ösungsband-
breite:
Opt. Aufl ösungsbandbreite (–3 dB)!) für gepulste Signale ≤0,1/
Pulsdauer.
Ist die Bandbreite zu klein, so werden die Amplituden der Sei-
tenbänder zu klein wiedergegeben. Bei optimaler Bandbreite
ergeben sich klare Nullstellen und eine korrekte Spektrums-
darstellung. Bei zu großer Bandbreite werden die Seitenbänder
durch Mittelung verschliffen, die Nullstellen sind kaum noch
erkennbar, das Spektrum ist verzerrt.

Rauschen

Die Empfi ndlichkeit ist ein Maß für die Fähigkeit des Spek-
tralanalysators, kleine Signale zu messen. Die maximale
Empfi ndlichkeit wird durch das Eigenrauschen bestimmt. Hier
unterscheidet man grundsätzlich zwei Arten: thermisches- und
nicht-thermisches Rauschen. Das thermische Rauschen wird
mit der Formel PN = K × T × B beschrieben.
Dabei ist:
PN = Rauschleistung in Watt
K = Boltzmann Konstante (1,38 × 10-23 Joule/K)
T = absolute Temperatur (K)
B = Bandbreite des Systems in Hz
Diese Gleichung zeigt, dass die Größe des Rauschens direkt
proportional zur Bandbreite ist. Daraus folgt, dass eine Band-
breitenreduzierung der Filter um eine Dekade das Rauschen
prinzipiell um 10 dB senkt, was wiederum eine Empfi ndlich-
keitssteigerung des Systems um 10 dB ergibt.
Alle weiteren Rauschquellen des Analysators werden als
nichtthermisch angenommen. Unerwünschte Abstrahlungen,
Verzerrungen auf Grund nichtlinearer Kennlinien und Fehlan-
passungen sind Quellen von nichtthermischem Rauschen. Unter
der Übertragungsgüte oder Rauschzahl versteht man norma-
lerweise die nichtthermischen Rauschquellen, zu denen das
thermische Rauschen addiert wird, um die Gesamtrauschzahl
des Systems zu erhalten. Dieses Rauschen, welches auch auf
dem Schirm sichtbar wird, bestimmt die Empfi ndlichkeit eines
Spektralanalysators.
Da der Rauschpegel sich mit der Bandbreite ändert, ist es
notwendig, sich beim Empfi ndlichkeitsvergleich zweier Analy-
satoren auf die gleiche Filterbandbreite zu beziehen. Spektrala-
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Änderungen vorbehalten
Sweepzeit in s
0,66 x SQRT Span (dispersion)
Sweepzeit
nalysatoren werden über ein breites Frequenzband gewobbelt,
sind aber eigentlich schmalbandige Meßinstrumente. Alle
Signale die im Frequenzbereich des Spektralanalysators liegen,
werden auf eine Zwischenfrequenz, u.U. mehrfach, konvertiert
und durchlaufen so die ZF-Filter. Der Detektor hinter dem ZF-
Filter sieht nur den Rauschanteil, der innerhalb der schmalsten
Filterbandbreite liegt, dieses wird auf dem Bildschirm darge-
stellt. Bei der Messung diskreter Signale wird die maximale
Empfi ndlichkeit also mit dem schmalsten ZF-Filter erreicht.

Video-Filter

Die Messung kleiner Signale kann sich immer dann schwierig
gestalten, wenn die Signalamplitude im gleichen Pegelbereich
wie das mittlere Rauschen des Spektralanalysators liegt. Um
für diesen Fall die Signale besser sichtbar zu machen, lässt
sich im Signalweg des Spektralanalysators hinter dem ZF-Fil-
ter ein Video-Filter zuschalten. Durch dieses Filter mit einer
Bandbreite von 4 kHz wird das interne Rauschen des Spektrum-
Analysators gemittelt. Dadurch wird unter Umständen ein sonst
im Rauschen verstecktes Signal sichtbar.
Wenn die ZF-Bandbreite sehr schmal im Verhältnis zum ein-
gestellten SPAN ist, sollte das Video-Filter nicht eingeschaltet
werden, da dies zu einer zu niedrig dargestellten Amplitude
auf Grund der Bandbreitenbegrenzung führen kann. (Eine nicht
zulässige Kombination der eingestellten Parameter wird durch
die „uncal"-Anzeige im (SW ... ) Readout angezeigt).
Empfi ndlichkeit – Max. Eingangspegel
Die Spezifi kation der Eingangsempfi ndlichkeit eines Spektral-
analysators ist etwas willkürlich. Eine Möglichkeit der Spezifi ka-
tion ist, die Eingangsempfi ndlichkeit als den Pegel zu defi nieren,
bei dem die Signalleistung der mittleren Rauschleistung des
Analysators entspricht. Da ein Spektralanalysator immer Signal
plus Rauschen misst, erscheint bei Erfüllung dieser Defi nition
das zu messende Signal 3 dB oberhalb des Rauschpegels.
Die maximal zulässige Eingangsspannung für einen Spektrum-
analysator ist ein Pegel, der sicher noch nicht zur Zerstörung
der Eingangsstufe führt. Dies ist bei einem Pegel von +10 dBm
für den Eingangsmischer (Abschwächer 1 : 1, d.h. 0 dB) , und +
20 dBm mit Eingangsabschwächer (10 bis 50 dB) der Fall. Bevor
der ,,burn out"-Pegel erreicht wird, setzt eine Verstärkungs-
kompression beim Spektralanalysator ein. Diese ist unkritisch,
solange eine Kompression von 1 dB nicht überschritten wird.
Darüber hinaus kann man erwarten, dass der Analysator
Nichtlinearitäten aufgrund von Übersteuerung produziert.
Außerdem steigt die Gefahr einer unbemerkten Überlastung
der Eingangsstufe, weil sich einzeln dargestellte Spektrallinien
in der Abbildung auf dem Bildschirm auch bei einsetzender
Verstärkungskompression meist nur unmerklich verändern.
Auf jeden Fall entspricht die Abbildung der Amplituden dann
nicht mehr den tatsächlichen Verhältnissen.
Bei jeder Signalanalyse entstehen im Spektralanalysator
selbst Verzerrungsprodukte, und zwar größtenteils verursacht
durch die nichtlinearen Eigenschaften der Eingangsstufe. Sie
bewegen sich beim HM5530 in der Größenordnung von
unterhalb des Eingangspegels, solange dieser nicht größer als
–30 dBm ist.
Um größere Eingangssignale verarbeiten zu können, ist dem
Mischer ein Eingangsabschwächer vorgeschaltet. Das größte
Eingangssignal, welches der Spektralanalysator bei jeder
beliebigen Stellung des Abschwächers verarbeiten kann ohne
ein bestimmtes Maß an Verzerrungen zu überschreiten, wird
75 dBc
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