Video-Filter; Empfi Ndlichkeit - Max. Eingangspegel; Frequenzgang - Hameg HM5014-2 Handbuch

Dabei ist: PN = Rauschleistung in Watt
K = Boltzmann Konstante (1,38 × 10
T = absolute Temperatur (K)
B = Bandbreite des Systems in Hz
Diese Gleichung zeigt, dass die Größe des Rauschens di rekt
proportional zur Bandbreite ist. Daraus folgt, dass eine Band-
breitenreduzierung der Filter um eine Dekade das Rau schen
prinzipiell um 10 dB senkt, was wiederum eine Em pfind-
lichkeitssteigerung des Systems um 10 dB bedingt.
Alle weiteren Rauschquellen des Analysators werden als
nicht -thermisch angenommen. Unerwünschte Abstrahlun gen,
Ver-zerrungen auf Grund nichtlinearer Kennlinien und Fehl-
anpassungen sind Quellen von nichtthermischem Rau schen.
Unter der Übertragungsgüte oder Rauschzahl ver steht man nor-
malerweise die nichtthermischen Rausch quel len, zu denen das
thermische Rauschen addiert wird, um die Gesamtrauschzahl
des Systems zu erhalten. Dieses Rau schen, welches auch auf
dem Schirm sichtbar wird, be stimmt die Empfi ndlichkeit eines
Spektrumanalysators.
Da der Rauschpegel sich mit der Bandbreite ändert, ist es
not wendig sich beim Empfi ndlichkeitsvergleich zweier Ana-
ly satoren auf die gleiche Filterbandbreite zu beziehen. Spek -
trumanalysatoren werden über ein breites Frequenzband ge-
wobbelt, sind aber eigentlich schmalbandige Mess ins trumente.
Alle Signale die im Frequenzbereich des Spek trum-Analysa-
tors liegen, werden auf eine Zwischenfre quenz konvertiert und
durchlaufen so die ZF-Filter. Der De tek tor hinter dem ZF-Filter
sieht nur den Rauschanteil, der innerhalb der schmalen Fil-
terbandbreite liegt. Daher wird auf dem Sichtschirm nur das
Rauschen dargestellt, welches innerhalb des Durchlassberei-
ches des ZF-Filters liegt. Bei der Messung diskreter Signale
wird die maximale Em pfi nd lich keit also mit dem schmalsten
ZF-Filter erreicht.

Video-Filter

Die Messung kleiner Signale kann sich immer dann schwie rig
gestalten, wenn die Signalamplitude im gleichen Pegel be reich
wie das mittlere Rauschen des Spektrumanaly sa tors liegt. Um
für diesen Fall die Signale besser sichtbar zu machen, lässt sich
im Signalweg des Spektrum-Analysators hinter dem ZF-Filter
ein Video-Filter zuschalten. Durch die ses Filter, mit einer Band-
breite von wenigen kHz, wird das interne Rauschen des Spek-
trum-Analysators gemittelt. Da durch wird unter Umständen ein
sonst im Rauschen ver steck tes Signal sichtbar.
Wenn die ZF-Bandbreite sehr schmal im Verhältnis zum ein-
ge- stellten SPAN ist, sollte das Video-Filter nicht einge schal-
tet werden, da dies zu einer zu niedrig dargestellten Ampli tu de
auf Grund der Bandbreitenbegrenzung führen kann. (Eine nicht
zulässige Kombination der eingestellten Para me ter wird durch
die UNCAL. Anzeige im READOUT ange zeigt).
Empfi ndlichkeit - Max. Eingangspegel
Die Spezifi kation der Eingangsempfi ndlichkeit eines Spek-
trum-Analysators ist etwas willkürlich. Eine Möglichkeit der
Spe zifi kation ist, die Eingangsempfi ndlichkeit als den Pegel
zu defi nieren, bei dem die Signalleistung der mittleren Rausch-
leistung des Analysators entspricht. Da ein Spek trum-Analysa-
tor immer Signal plus Rauschen misst, er scheint bei Erfüllung
dieser Defi nition das zu messende Sig nal 3 dB oberhalb des
Rauschpegels.
Die maximal zulässige Eingangsspannung für einen Spek-
trumanalysator ist der Pegel, der zur Zerstörung (Burn Out) der
Eingangsstufe führt. Dies ist bei einem Pegel von +10 dBm für
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
den Eingangsmischer, und +20 dBm für den Ein gangs-abschwä-
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Joule/K) cher der Fall. Bevor der ,,burn out"-Pegel er reicht wird, setzt
eine Verstärkungskompression beim Spek trum-analysator ein.
Diese ist unkritisch, solange eine Kom pression von 1 dB nicht
überschritten wird.
Darüber hinaus kann davon ausgegangen werden, dass der
Ana lysator Nichtlinearitäten auf Grund von Übersteuerung
pro duziert. Außerdem steigt die Gefahr einer unbemerkten
Über lastung der Eingangsstufe, weil sich einzeln dar ge stell te
Spektrallinien in der Abbildung auf dem Bildschirm auch bei
einsetzender Verstärkungskompression meist nur un merk lich
verändern. Auf jeden Fall entspricht die Abbildung der Amplitu-
den nicht mehr den tatsächlichen Verhältnissen.
Bei jeder Signalanalyse entstehen im Spektrumanalysator
selbst Verzerrungsprodukte, und zwar größtenteils verur sacht
durch die nichtlinearen Eigenschaften der Eingangs stu fe. Sie
bewegt sich beim HM 5014-2 in der Grö ßen ordnung von >75 dB
unterhalb des Eingangspegels, so lan ge dieser nicht größer als
–30 dBm ist.
Um größere Ein gangssignale verarbeiten zu können, ist dem
Mischer ein Eingangsabschwächer vorgeschaltet. Das größte
Ein gangs sig nal, welches der Spektrum-Analysator bei jeder
belie bi gen Stellung des Abschwächers verarbeiten kann ohne
ein bestimmtes Maß an Verzerrungen zu überschreiten, wird
der ,,optimale Eingangspegel" genannt. Das Signal wird da-
bei soweit abgeschwächt, dass der Mischer keinen größe ren
Pegel als –30 dBm angeboten bekommt. Anderenfalls wird der
spezifi zierte Oberwellenabstand nicht eingehalten. Der verzer-
rungsfreie Bereich wird auch als nutzbarer Dyna mik bereich
des Analysators bezeichnet. Zum Unterschied da zu wird der
(darstellbare) Anzeigebereich defi niert als das Ver hältnis vom
größten zum kleinsten gleichzeitig ange zeig ten Pegel, ohne
dass Intermodulationsprodukte des Analy sa tors auf dem Bild-
schirm sichtbar sind.
Der maximale Dynamikbereich eines Spektrum-Analysators
lässt sich aus den Spezifi kationen ermitteln. Den ersten Hin weis
gibt die Spezifi kation für die Verzerrungen. So be trägt dieser
Wert z.B. für beide Spektrumanalysatoren 70 dB bis zu einem
Eingangspegel von –30 dBm am Eingang bei 0 dB Eingangsab-
schwächung. Um diese Werte nutzbar zu machen, muss der
Spektrumanalysator in der Lage sein, Pe gel von -100 dBm er-
kennen zu lassen. Die dafür erfor der li che ZF-Bandbreite sollte
nicht zu schmal sein, sonst er ge ben sich Schwierigkeiten auf
Grund von Seitenband rau schen und Rest-FM. Die ZF-Band-
breite von 9 kHz ist aus rei chend, um Spektrallinien mit diesem
Pegel darzustellen.
Der verzerrungsfreie Messbereich kann durch eine Reduzie rung
des Eingangspegels weiter ausgedehnt wer den. Die einzige Ein-
schränkung bildet dann die Em pfi nd lichkeit des Spektrumana-
lysators.Die maximal mögliche Dynamik wird erreicht, wenn
die Spek trallinie mit dem höchsten Pegel den Referenzpegel
ge rade noch nicht überschreitet.

Frequenzgang

Mit diesem Begriff wird das Übertragungsverhalten des Spek-
trumanalysators beschrieben. Der Frequenzgang soll mög lichst
linear; d.h. die Genauigkeit des angezeigten Signalpe gels soll
unabhängig von der Signalfrequenz sein. Dabei müssen sich Fil-
ter und Verstärker im eingeschwungenen Zustand befi nden.
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