Hi, mir steht seit kurzem ein Spektrumanalyzer zur Verfügung. Da ich weiß, dass der Eingang des SA eine empfindliche Sache ist und ich gerne noch lange Freude an dem Gerät hätte, würde ich mich über Tips bezüglich nützlichem und ggf. überlebenswichtigem Zubehör und grundsätzlichen Verhaltensregeln im Umgang mit einem solchen Gerät sehr freuen. Das Gerät ist eingangsseitig auf einen maximalen Pegel von +25dBm bei max. 50VDC spezifiziert. Was ich gerne wissen würde, ist z.B.: - Wie geht ihr vor, bevor ihr den SA an eine zu testende Schaltung anklemmt? - Was für Sicherheitsmaßnahmen trefft ihr vor und während einer Messung (Abschwächer? Limiter?) - Was unternehmt ihr beim Wechseln des Messpunkts? (Mit dem Oszi habe ich beispielsweise wenig bedenken, mal eben so zwischen einzelnen Punkten in der Schaltung hin- und her zu springen, auch wenn man da öfter mal zwischen Messpunkten mit höchst unterschiedlichem DC-Potenzial wechselt) - Wie empfindlich ist der Eingang gegenüber ESD? Auch über andere Tips und Ratschläge würde ich mich sehr freuen! Vielen Dank & liebe Grüße, Stephan
Stephan M. schrieb: > - Was unternehmt ihr beim Wechseln des Messpunkts? (Mit dem Oszi habe > ich beispielsweise wenig bedenken, mal eben so zwischen einzelnen > Punkten in der Schaltung hin- und her zu springen, auch wenn man da > öfter mal zwischen Messpunkten mit höchst unterschiedlichem DC-Potenzial > wechselt) bei DC-Gefahr Trennkondensator mit vernüftigem Frequenzgang, z. B. HP10240B Blocking Cap > - Was für Sicherheitsmaßnahmen trefft ihr vor und während einer Messung > (Abschwächer? Limiter?) Immer mit der Grundabschwächung (meist so 10 dB) im Eingang beginnen. Bei mir hängt ein Durchgangsleistungsdämpfungsglied Weinschel 33-20-34 davor, dann kann man auch mal mit 0 dB arbeiten. Aber speziell an langen Antennen kann sich manchmal soviel Statik aufbauen, dass es kriminell wird. Limiter sind meist zu langsam (obwohl man bei NF-Messungen so bis ein paar MHz ja sich was aus Transzorbs bauen kann). Manchmal bekommt man auf Flohmärkten noch 20-dB-Tastköpfe. Die kann man sich aber auch selber bauen: Es gibt einen interessanten Tastkopf-Tread hier im Forum.
Hallo, mein Eingangsschutz bei "kritischen" Schaltungen mit direkter Kopplung Limiter (bis 2W/33dBm): Mini-Circuits VLM33 und 10 bis 30dB Dämpfungsglied DC-Block (bis 50V): Mini-Circuits BLK89+ An Schaltungsteile kopple ich lieber nicht direkt, ausser man weiss was drinnen steckt. Dafür nutzte ich ausgiebig "Schnüffelsonden" zur kapazitiven/induktiven Kopplung. Dadurch wird auch die Schaltung nicht so verstimmt und länger leben. Alternativ kann man ja als "Verschleissteil" einen kleinen Pre-Amp vorschalten, der stirbt dann bevor es den SA killt. Gruss
Hans schrieb: > Zwischenfrage: Was genau macht den Analyer so empfindlich? Und noch viel wichtiger: Wenns kaputt geht, was genau geht kaputt und kann man das reparieren?
Nobbi schrieb: > Und noch viel wichtiger: > Wenns kaputt geht, was genau geht kaputt und kann man das reparieren? Naja, was könnte wohl kaputtgehen, wenn man den Eingang überlastet? Ich würde mal sagen, was immer auch nach der Buchse im Gerät verbaut ist, also Pre-Selektor, Eingangsmischer, Eingangsverstärker, Abschwächer, HF-Schalter usw. Je nach Alter und Aufbau des Gerätes wird es mehr oder weniger kompliziert, aber letztlich ist so eine Reparatur meist mit einem Neuabgleich verbunden, damit die Messwerte keine Schätzwerte werden. Je nach angelegter Überlast können auch mehrere Teile überlastet und "angeschossen" sein, so dass das Messgerät ev. nur noch als Briefbeschwerer dienen kann. Gruss
Stephan M. schrieb: > Das Gerät ist eingangsseitig auf einen maximalen Pegel von +25dBm bei > > max. 50VDC spezifiziert. Aber nur wenn der Eingangsabschwächer drin ist. Generell würde ich nicht mehr als +10dbm dem Eingang zumuten wollen. Der Mischer ist dann ohne Eingangsabschwächung bereits hoffnungslos übersteuert. Wenn man sich nicht sicher ist, was für ein Frequenzgemisch am Eingang anliegt, würde ich zunächst mal den vollen Span einstellen, um überhaupt mal ein Überblick zu bekommen, was für Linien sich da tummeln. Es könnte ja auserhalb des interessierenden Frequenzbereich eine Frequenz mit deutlisch höhreren Pegel anliegen, als man es erwartet. Wenn man dann den Span so eingestellt hat, das man die Linie nicht sieht, und den Eingangsabschwächer dann rausnimmt, um im interessierenden Beobachtungsbereich was zu sehen, ist es bereits passiert. Bedenke , das der Eingang breitbandig ist. Preselektoren haben nur bessere Mikrowellenanalyzer in den höheren Bändern. Hans schrieb: > Zwischenfrage: Was genau macht den Analyer so empfindlich? Ein Shottkydiodenmischer, deren Schottkydiode meistens nur eine maximale Sperrspannung von 2-3V hat. Wenn man bedenkt, das der Lokaloszillatorpegel meist auch schon +13dbm also 1Veff hat, kann es sehr schnell eng werden mit der Summenspannung. Bei Mikrowellenmischer , welche mit Oberwellenmischung arbeitet, ist nicht mal ein Ringmischer drin, sondern nur eine einzelene Diode. Nobbi schrieb: > Wenns kaputt geht, was genau geht kaputt und kann man das reparieren? Wenn man Glück hat ist der Mischer zu Fuss aufgebaut. Meistens aber sind die Dioden auf einen Substrat aufgebondet. Da ist dann nur mit Original Ersatzteil einer reparatur möglich. Für teuer Geld, wenn überhaupt erhältlich. Der Eingangsabschwächer verhält sich da schon etwas gutmütiger. Ralph Berres
Vielen Dank schon mal für die Antworten! Vielleicht noch ein paar Hintergrundinformationen: Mit dem SA möchte ich im Wesentlichen meine eigenen Schaltungen vermessen. Ich bin kein Profi, sondern Hobbyelektroniker. Insofern ist das "Innenleben" der Schaltung bekannt. Nicht bekannt hingegen ist, ob sich die Schaltung so verhält, wie ich mir das vorstelle. :-) Ich könnte mir z.B. gut vorstellen, dass da mal ein DC-Pegel plötzlich um +/- 15V springt oder auch eine Amplitude um 20dBm wächst - und sei es bloss wegen eines Wackelkontaktes. Ich habe zwar nicht vor, HF-Leistungsverstärker zu bauen, da es sich aber letztlich um den Selbstbau von mir als Amateur handelt, kann ich nicht ausschliessen, daß dort, wo nach Plan 7dBm rauskommen sollten, auf einmal +10dBm, +13dBm oder gar noch mehr zu finden sind. Ralph Berres schrieb: >> Das Gerät ist eingangsseitig auf einen maximalen Pegel von +25dBm bei >> max. 50VDC spezifiziert. > > Aber nur wenn der Eingangsabschwächer drin ist. Das ist mir soweit klar, zumindest was den AC-Anteil des Eingangssignals angeht. Ich möchte mir eh noch einen Satz Abschwächer anschaffen, damit das oben genannte Beispiel im Zweifelsfall nicht zum desaster wird. Der von HF-Werkler vorgeschlagene Limiter sieht auf den ersten Blick ganz vernünftig aus, leider aber erst ab 30MHz. Ist man mit so einem Teil dann einigermaßen auf der sicheren Seite (so lange man die maximale Eingangsleistung des Limiters nicht überschreitet) oder gibt es noch weitere Randeffekte, die letztlich dann doch zuerst die Innereien des SA braten, bevor so ein Limiter zuschlägt? Im Moment stellt ich mir eine sichere Messprozedur in Etwa so vor: Grobkontrolle über das gesamte erfassbare Spektrum mit Abschwächer (20dB? 30dB?) + Limiter. Falls keine Auffälligkeiten und die Pegel klein genug sind, dann Abschwächer raus, so dass zwischen SA und der zu testenden Schaltung nur noch der Limiter sitzt. (Falls die Pegel zu hoch sind, bleibt ein entsprechender Abschwächer neben dem Limiter im Signalweg zum Analyzer.) Was aber ist, wenn der Moment kommt, in dem man den Limiter mal weglassen muß? Wie geht ihr dann (oder auch ganz allgemein) vor? Messt ihr bei Schaltungen, die gerade frisch entwickelt, gelötet und in Betrieb genommen wurden z.B. nur dann mit einem SA dran herum, wenn ihr z.B. ausgiebig auf Wackler oder sonstigen lästigen Kleinkram hin kontrolliert habt, der zwar ein Oszi nicht stressen wird, einen SA aber im Zweifelsfall umbringt? HF-Werkler schrieb: > Alternativ kann man ja als > "Verschleissteil" einen kleinen Pre-Amp vorschalten, der stirbt dann > bevor es den SA killt. Das bringt mich zu folgender Fragestellung: Was mich auch noch zweifeln lässt ist die Verletzlichkeit des SA-Eingangs durch Gleichspannung. Da mein Modell mit maximal +/- 50V DC spezifiziert ist, gehe ich davon aus, dass am Eingang ein (Spezial-)kondensator zur DC-Entkopplung sitzt. Folglich würde ich erwarten, dass beim Anschliessen eines Eingangssignals mit DC-Anteil ein Stromstoß in den Eingang und damit letztlich auch durch den Eingangsmischer des SA jagt. Ähnliches passiert ja auch, wenn der Messpunkt plötzlich sein DC-Potenzial ändert oder ein solcher Preamp auf Grund eines Fehlers seinen Ausgang gegen +Vcc oder -Vee fährt. Kann ein solcher Wechel im DC-Potenzial Schaden anrichten? LG Stephan
Stephan M. schrieb: > Im Moment stellt ich mir eine sichere Messprozedur in Etwa so vor: > > Grobkontrolle über das gesamte erfassbare Spektrum mit Abschwächer > > (20dB? 30dB?) + Limiter. Ist ein guter Ansatz. Wobei ich keinen Limiter besitze. Im übrigen , wenn der Limiter zuschlägt kann es schon zu spät sein, oder der Limiter versaubeutelt den intermodulationsfreien Dynamikbereich des SAs. Man sollte grundsätzlich erst mal wenigstens 30db des Abschwächers drin lassen, und nur dann bis auf die letzten 10 db rausnehmen, wenn das Signal es zulässt. Die Grenze ist spätestens dann gegeben, wenn angezeigte Spuriusprodukte beim rausnehmen des Abschwächers doppelt so schnell zunehmen, wie das Nutzsignal. Das wäre ein eindeutiges Zeichen das der SA übersteuert ist. SA mit DC Trennung gehen in der Regel erst ab ca einigen hundert Kiloherz. Die SA welche bis 9KHz oder niedriger gehen haben keine DC Trennung am Eingang. Die Spannungsfestigkeit des Trennkondensators ist oft sehr begrenzt. Ich würde grundsätzlich keine Gleichspannnungsüberlagte Signale an den Eingang legen. Man sollte grundsätzlich einigermasen abschätzen können was einen erwartet. Ungeschickt ist es z.B. einen Verstärker , welches mehr als 13db Sättigungspegel hat direkt ohne Abschwächer an die Mischerdiode zu legen. Ralph Berres
Ralph Berres schrieb: >> Im Moment stellt ich mir eine sichere Messprozedur in Etwa so vor: >> Grobkontrolle über das gesamte erfassbare Spektrum mit Abschwächer >> (20dB? 30dB?) + Limiter. > > Ist ein guter Ansatz. Wobei ich keinen Limiter besitze. "Guter Ansatz" im Sinne von? > Im übrigen , wenn der Limiter zuschlägt kann es schon zu spät sein, oder > der Limiter versaubeutelt den intermodulationsfreien Dynamikbereich des > SAs. Kann hierzu jemand noch was sagen? (Vor allem zu der Passage mit "zu spät") > SA mit DC Trennung gehen in der Regel erst ab ca einigen hundert > Kiloherz. Die SA welche bis 9KHz oder niedriger gehen haben keine DC > Trennung am Eingang. Die Spannungsfestigkeit des Trennkondensators ist > oft sehr begrenzt. Ich würde grundsätzlich keine > Gleichspannnungsüberlagte Signale an den Eingang legen. Nichts desto trotz spricht das Manual von einer Spannungsfestigkeit von +/- 50V DC am Eingang. Im Buch "Fundamentals of Spectrum Analysis" von C. Rauscher (Google findet auch eine PDF-Version von 2001 davon) heisst es in der Tat, dass SAs mit einer sehr niedrigen unteren Grenzfrequenz typischerweise DC-gekoppelte Eingänge haben und dass manche SAs über einen Koppelkondensator verfügen, wobei dann aber die untere Frequenzgrenze höher liegt. Allerdings nennt der Author im ersten Fall (DC-Kopplung) als Beispiel eine Frequenzuntergrenze von 20Hz, als Beispiel für eine untere Grenzfrequenz bei AC-Kopplung gibt er 9kHz an. (Die Angaben findet man im Abschnitt "Measurement on signals with DC component" des o.g. Dokuments.) Da das Manual dem Gerät eine Gleichspannungsfestigkeit von +/- 50V DC attestiert, gehe ich auch davon aus, dass der SA das tatsächlich abkann. Was aber ist mit der Frage nach aprupten Änderungen am DC-Level des Eingangssignals? Überspitzt gefragt: Ist es nun ein Risiko, den SA ohne Schutzmaßnahmen z.B. an eine 15V-DC-Spannungsquelle anzuschliessen oder nicht? LG Stephan
Stephan M. schrieb: > "Guter Ansatz" im Sinne von? Schutzmassnahmen , damit man den SA nicht gleich himmelt. Stephan M. schrieb: >> Im übrigen , wenn der Limiter zuschlägt kann es schon zu spät sein, oder > >> der Limiter versaubeutelt den intermodulationsfreien Dynamikbereich des > >> SAs. > > > > Kann hierzu jemand noch was sagen? (Vor allem zu der Passage mit "zu > > spät") Limiter begrenzen auch nicht extrem schlagartig .Sie haben eine Kennlinie ähnlich einer Zenerdiode. Das heist, schon einige dB vor der Ansprechschwelle haben sie eine nichtlineare Kennlinie, an der zusätzliche Mischprodukte entstehen. Zu gut Deutsch. Die obere Aussteuerungsgrenze des SAs wird mit Limiter schon lange vor der Limiterschwelle erreicht, weil der Limiter das Signal an der Aussteuergrenze verzerrt. Schaue mal in Wikipedia unter Interceptpunkt dritter Ordnung. Der Limiter ist auch kein Allheilmittel. Er müsste schon bei ca 0dbm ansprechen um den SA sicher zu schützen. Hat dann aber stark negative Auswirkungen auf die Spuriusfreiheit des SAs. WEnn er ( wie vom Dynamikbereich eigentlich erwünscht ) der Limiter erst bei +10dbm anspricht, kann es aber schon zu spät sein, weil der Limiterknick nicht unendlich scharf ist. Das heist bei großen Pegel liegen dann trotzdem mehr als 13dbm am Mischer an, was ihn zerstören wird. Aber auch bei dieser Schwelle gibt es schon einen nachteiligen Einfluss auf das Intermodulationsverhalten. Stephan M. schrieb: > Was aber ist mit der Frage nach aprupten Änderungen am DC-Level des > > Eingangssignals? Überspitzt gefragt: Ist es nun ein Risiko, den SA > > ohne Schutzmaßnahmen z.B. an eine 15V-DC-Spannungsquelle > > anzuschliessen oder nicht? Ist definitiv ein Risiko. Die Diode reagiert auch auf einen kurzzeitigen Anstieg des Signales , also auch auf eine Transienten äuserst sauer. Ich würde immer dafür sorgen, das die zu messende Quelle einen ( gleichspannungsfreie ) 50 Ohm Quelle ist, sonst ist das Messen sowieo nur ein stochern in der trüben Suppe. Bei der Konstruktion von Schaltungen kann man an den interessierende Messpunkte meist problemlos eine 50 Ohm Schnittstelle hinzu Konstruieren. HF Baugruppen die zu einen kompletten Gerät kombiniert werden, sollten grundsätzlich 50 Ohm Schnittstellen haben. Schon alleine um die Baugruppen autonom durchmessen zu können. Stephan M. schrieb: > Allerdings nennt der Author im ersten Fall > > (DC-Kopplung) als Beispiel eine Frequenzuntergrenze von 20Hz, als > > Beispiel für eine untere Grenzfrequenz bei AC-Kopplung gibt er 9kHz an. Moderner SAs mögen größere Koppelkondensatoren haben, was die Sache noch gefährlicher macht. Für den Hobbyisten erschwingliche ältere SAs haben meist eine untere Grenzfrequenz von einigen hundert Kilohertz. Ralph Berres
Bei einem HP-Analyzer fand ich in der Bedienungsanleitung den Hinweis auf eine Miniatur-Schmelzsicherung in der Eingangs N-Buchse, koaxial im Innenleiter integriert. Für Niederfrequenzmessungen nehme ich einen 1:1 Oszilloskop-Tastkopf. Der hat mit dem Ohmmeter gemessen etwa 400 Ohm Serienwiderstand, das heißt, der Innenleiter besteht aus Widerstandsdraht. Mit dem Analyzer-Eingang von 50 Ohm ergibt das eine Dämpfung auf ca. 1/9 der Eingangsspannung, also fast 20dB. für einen R&S Analyzer ca. 1990 habe ich etwa 300 kHz als untere Grenzfrequenz für den Koppelkondensator ermittelt.
Christoph Kessler (db1uq) schrieb: > Bei einem HP-Analyzer fand ich in der Bedienungsanleitung den Hinweis > > auf eine Miniatur-Schmelzsicherung in der Eingangs N-Buchse, koaxial im > > Innenleiter integriert Die schützt allenfalls den Eingangsabschwächer, wenn der ( weil er voll drin ist ) durch zu große Signale thermisch überlastet wird. Aber glaube mir. Die Mischerdiode ist schneller als die Feinsicherung. Christoph Kessler (db1uq) schrieb: > Für Niederfrequenzmessungen nehme ich einen 1:1 Oszilloskop-Tastkopf. > > Der hat mit dem Ohmmeter gemessen etwa 400 Ohm Serienwiderstand, das > > heißt, der Innenleiter besteht aus Widerstandsdraht. Mit dem > > Analyzer-Eingang von 50 Ohm ergibt das eine Dämpfung auf ca. 1/9 der > > Eingangsspannung, also fast 20dB Für NF Messungen eine garnicht mal schlechte Idee. Die obere Grenzfrequenz ist dann halt stark eingeschränkt. Man sollte bei einen SA prinziepiell mindestens 10db Abschwächer drin haben. Schon alleine wegen der Eingangsanpassung. Die HP8590ger Serie machen das schon automatisch. Wie das bei SAs anderer Firmen aussieht, weis ich nicht. Ralph Berres
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Ralph Berres schrieb: > Ist definitiv ein Risiko. Die Diode reagiert auch auf einen kurzzeitigen > Anstieg des Signales , also auch auf eine Transienten äuserst sauer. > > Ich würde immer dafür sorgen, das die zu messende Quelle einen ( > gleichspannungsfreie ) 50 Ohm Quelle ist, sonst ist das Messen sowieo > nur ein stochern in der trüben Suppe. Bei der Konstruktion von > Schaltungen kann man an den interessierende Messpunkte meist problemlos > eine 50 Ohm Schnittstelle hinzu Konstruieren. HF Baugruppen die zu einen > kompletten Gerät kombiniert werden, sollten grundsätzlich 50 Ohm > Schnittstellen haben. > Schon alleine um die Baugruppen autonom durchmessen zu können. Dem kann man sich nur anschließen. Spränge ich von einem Messpunkt mit +15V auf einen anderen mit meinetwegen -12V, ist die Umladung noch heftiger ;-( Ich benutze meinen SA eigentlich auch nie wie ein Scope, mit dem man in der Schaltung 'herumspringt'; insofern hatte ich diese Problematik bisher schlicht ignoriert. Für diesen 'Such-Betrieb' sind die schon erwähnten 'Schnüffelsonden' das Mittel der Wahl (s. Bild: Schleife aus Semirigid mit 51-Ohm-MELF).
Schon mal vielen herzlichen Dank an alle, die sich die Zeit nehmen, um mir hier weiterzuhelfen! Was wäre denn eine vernünftige Grundausstattung an externen Abschwächern? 10dB, 20dB? Auch 30dB? Welche Leistung? Und, was für mich auch nicht ganz unwichtig ist: Welches Steckersystem (N, BNC, SMA)? Ich denke es ist vernünftig, außerhalb des SA durchgängig mit einem Abschlusssystem zu arbeiten? Im Moment würde ich zu SMA tendieren, die sind wenigstens schön handlich. Welche Bezugsquellen (für Privat) gibt es denn z.B. für anständige Kabelsätze? Liebe Grüße, Stephan.
Stephan M. schrieb: > Was wäre denn eine vernünftige Grundausstattung an externen > Abschwächern? 10dB, 20dB? Auch 30dB? Aus meiner Sicht wären 3, 2x6, 2x 10, 20 und 30dB sinnvoll Stephan M. schrieb: > Welche Leistung? das hängt natürlich sehr davon ab was Du messen möchtest, ich habe hier welche für normale Messarbeiten auf dem Labortisch mit 1W Stephan M. schrieb: > Und, was für mich > auch nicht ganz unwichtig ist: Welches Steckersystem (N, BNC, SMA)? auch hier ist das eine Frage was Du machst für den Labortisch ohne große mechanische Belastung SMA Stephan M. schrieb: > Welche Bezugsquellen (für Privat) gibt es denn z.B. für anständige > Kabelsätze? Gute Kabel mit Protokoll macht AME http://www.ame-engineering.de/ EMU
In einen guten SA ist normalerweise ein Stufenabschwächer , welches bis ca 50-70db ( je nach Gerät ) in 10db Schritten einstellbar sind. Die Belastbarkeit des Abschwächers ist meist ca 1Watt. Nicht zu verwechseln mit dem maximal zulässigen Pegel bei ganz rausgeschalteten Eingangsabschwächer. Da sind es dann oft nur 10mW. Für höhere Leistungen brauchst du ein Leistungsdämpfungsglied, welche ich dann mit 30db Durchlassdämpfung bevorzugen würde ( wegen Umrechnung der Anzeige von mW in Watt bei HF-Milivolt und Wattmetern ). Bei SAs bis ca 18GHz findet man meist N-Norm als Stecker , welches robuster sind als SMA Stecker, und in der Regel auch mehr Steckzyklen als SMA zulassen. Über 18GHz gehen dann N-Norm nicht mehr, weil in den Steckern bereits Hohlleitereffekte auftreten. Da verwendet man dann SMA oder andere kleinere Steckverbinder. Man wird im Laborbetrieb beides brauchen, sowohl N-Norm als auch SMA Norm nebst entsprechend hochwertige Adapter. Für höhere Leistungen nur N-Norm. Bis etwa 1GHz kann man durchaus selbstgefertigte Kabel mit RG58 oder besser verwenden ( aúf hochwertige Stecker achten Rosenberger , Telegärtner, etc, keine Noname von Reichelt ), sofern man sie nicht für vektorielle Netzwerkanalyse verwenden will. Bei Frequenzen darüber sollte man allmählich über hochwertige fertige Kabel nachdenken, die allerdings ein Vermögen kosten. Es kommt halt immer darauf an, was für Messaufgaben man zu bewältigen hat. Ralph Berres
EMU schrieb: >> Welche Leistung? > > das hängt natürlich sehr davon ab was Du messen möchtest, Mangels besseren Wissens würde ich salopp von "Kleinsignalschaltungen" sprechen, also definitiv keine HF-Leistungsverstärker. Was ich mir derzeit für die Zukunft so vorstelle liegt schwerpunktmässig unterhalb von +10dBm. Mir ist allerdings auch klar, dass >= +10dBm bei Schaltungen mit bestimmten Mischern auch schnell da sind. Frequenzseitig gehts jetzt erstmal weit unten los, größenordnungsmässig 100MHz +/-, wie schnell es dann wie weit nach oben geht - mal sehen :-) Ralph Berres schrieb: > In einen guten SA ist normalerweise ein Stufenabschwächer , welches bis > ca 50-70db ( je nach Gerät ) in 10db Schritten einstellbar sind. Die > Belastbarkeit des Abschwächers ist meist ca 1Watt. Bei meinem SA (ein Anritsu MS2601B) ist lt. Manual am Eingang bei +25dBm schluss, auch bei eingeschaltetem Abschwächer >= 10dB. Ralph Berres schrieb: > Bis etwa 1GHz kann man durchaus selbstgefertigte Kabel mit RG58 oder > besser verwenden ( aúf hochwertige Stecker achten Rosenberger , > Telegärtner, etc, keine Noname von Reichelt ), sofern man sie nicht für > vektorielle Netzwerkanalyse verwenden will. Bei Frequenzen darüber > sollte man allmählich über hochwertige fertige Kabel nachdenken, die > allerdings ein Vermögen kosten. Der SA selber geht bis 2.2GHz. Für die nächste Zeit kann ich glaube ich mit Genauigkeiten von +/- ein paar wenigen Dezibel im Bereich oberhalb von 1GHz gut leben. Ralph Berres schrieb: > Bei SAs bis ca 18GHz findet man meist N-Norm als Stecker , welches > robuster sind als SMA Stecker, und in der Regel auch mehr Steckzyklen > als SMA zulassen. Über 18GHz gehen dann N-Norm nicht mehr, weil in den > Steckern bereits Hohlleitereffekte auftreten. Da verwendet man dann SMA > oder andere kleinere Steckverbinder. > > Man wird im Laborbetrieb beides brauchen, sowohl N-Norm als auch SMA > Norm nebst entsprechend hochwertige Adapter. Für höhere Leistungen nur > N-Norm. Das Gerät hat eine N-Buchse. Meine derzeitige Idee besteht darin, auf das Gerät selber einen N-Buchse-auf-SMA-Stecker-Adapter zu setzen und ab dort mit SMA weiterzuarbeiten. Haltet ihr das in meinem Fall eine vernünftige Idee? Vielen Dank & liebe Grüße, Stephan.
Stephan M. schrieb: > Mangels besseren Wissens würde ich salopp von "Kleinsignalschaltungen" > sprechen, also definitiv keine HF-Leistungsverstärker. Was ich mir > derzeit für die Zukunft so vorstelle liegt schwerpunktmässig unterhalb > von +10dBm. Mir ist allerdings auch klar, dass >= +10dBm bei Schaltungen > mit bestimmten Mischern auch schnell da sind. Und genau da passiert es dann, dass die "Kleinleistungs"geschichte in wilde Schwingungen ausbricht und mit >>20 dBm anfängt zu heizen. Man steckt da nicht drin. Einem Kollegen passierte es, als er an einem schwingenden Spannungsregler mit einem 5-V-FET-GHz-Tastkopf hantierte und den himmelte (800€). > Meine derzeitige Idee besteht darin, auf > das Gerät selber einen N-Buchse-auf-SMA-Stecker-Adapter zu setzen und ab > dort mit SMA weiterzuarbeiten Absolut richtig, solche 'consumables', sollten bessere Qualität sein. Für SMA und 1/10 dB besser auch gleich den Drehmomentenschlüssel mitbestellen.
Stephan M. schrieb: > as Gerät hat eine N-Buchse. Meine derzeitige Idee besteht darin, auf > das Gerät selber einen N-Buchse-auf-SMA-Stecker-Adapter zu setzen und ab > dort mit SMA weiterzuarbeiten. Haltet ihr das in meinem Fall eine > vernünftige Idee? Ja, entweder so oder ein Messkoax mit einer Seite N und an der anderen Seite SMA EMU
Stephan M. schrieb: > Das Gerät hat eine N-Buchse. Meine derzeitige Idee besteht darin, auf > > das Gerät selber einen N-Buchse-auf-SMA-Stecker-Adapter zu setzen und ab > > dort mit SMA weiterzuarbeiten. Haltet ihr das in meinem Fall eine > > vernünftige Idee? Ich begehe sogar eine noch größere Todsünde. Bei mir sitzt meistens am Eingang ein Adapter auf BNC. Verwenden tue ich handelsübliche BNC Kabel, welches aber tatsächlich auch RG58 als Kabel hat. Es gibt auch BNC Kabel mit irgendwelchen sehr schlechten Kabel aus dubioser Quelle. BNC ist zwar keine hf-mäßig sonderlich stabile Steckverbindung, aber für die meisten Messanwendungen reicht das aus. Sogar bis 2,5GHz. Wichtig für dich ist erst mal zu wissen, das du beim messen immer sicher sein kannst, das in dem gesamten Eingangsbersich deines SAs also 2,2GHz keine Linien auftauchen, die so hoch sind, das sie deinen SA zerstören. Deswegen sollte man sich bei einer Messunge immer einen Überblick mit dem gesamten 2,2GHz breiten Messbereich verschaffen, was da alles herumgeistert. Den höchsten Wert den man dann findet, sollte man als Bezug der maximalen Aussteuerung nehmen. Auch wenn es in einen Frequenzbereich liegt, der einen eigentlich nicht interessiert.Weil der belastet den Mischer. Auch wenn man ihn nicht sieht, weil man den Span um die interessierende Frequenz eingestellt hat. Da muss man sich immer im klaren sein. Im übrigen gibt es noch was zu beachten. Die Pegel sämtlicher Linien geometrisch addiert, ergibt den Summenpegel, der tatsächlich am SA anliegt. Diese Tatsache wird dann wichtig, wenn mehrere Linien mit gleichen Pegel auftauchen, die obendrein die höchsten Pegel im Spektrum sind. Wird gerne übersehen bei z.B. CATV Spektren, oder weises Rauschen. Am besten ist es sowieso ,das der SA am Mischer immer nur maximal ca -30dbm sieht. Da ist auch bei den meisten älteren SA der intermodulationsfreie Dynamikbereich am größetn. Ralph Berres
Günter Richter schrieb: > Und genau da passiert es dann, dass die "Kleinleistungs"geschichte in > wilde Schwingungen ausbricht und mit >>20 dBm anfängt zu heizen. Man > steckt da nicht drin. Einem Kollegen passierte es, als er an einem > schwingenden Spannungsregler mit einem 5-V-FET-GHz-Tastkopf hantierte > und den himmelte (800€). Vor genau dieser Situation graut mir. In der Theorie ist ja nun viel denkbar, was alles schiefgehen kann, und in der Praxis ist vermutlich alles, was schief gehen kann, irgendwem auch schon mal passiert. Also gibt es keine absolute Sicherheit. Deswegen interessiert es mich, ob es bei Euch neben grundsätzlichen Sicherheitsmaßnahmen wie das Abchecken des gesamten Spektrums mit externem + internem Abschwächer noch weitere Vorkehrungen oder so eine Art festes Ablaufschema gibt, also sowas wie: - "Wenn ich das Gesamtsprektrum kontrolliert habe zünde ich noch ein Räuchstäbchen an, damit man später die Mikrowellendioden nicht riecht" - "Ich setz immer erst den größten Abschwächer drauf, fummel dann ein paar Minuten mit den Fingern an der Schaltung rum, drehe mal hier und mal da und wenn dabei nix auffälliges dabei ist, wechsel ich auf den Abschwächer runter, den ich für die Messung brauche" - oder - "Ich geb das immer meinem Kollegen in die Hand, soll der dass doch am Ende dem Chef erklären..." Vielleicht erwarte ich mir da auch zu viel, aber mal sehen :-) Ralph Berres schrieb: > Den höchsten Wert den man dann findet, sollte man als > Bezug der maximalen Aussteuerung nehmen. Auch wenn es in einen > Frequenzbereich liegt, der einen eigentlich nicht interessiert.Weil der > belastet den Mischer. Auch wenn man ihn nicht sieht, weil man den Span > um die interessierende Frequenz eingestellt hat. > Da muss man sich immer im klaren sein. Das ist mir klar, und ich verstehe Deinen wiederholten Hinweis auf diese Tatsachen durchaus als Mahnung, das immer im Hinterkopf zu behalten. Vielen Dank Euch allen für Eure Beiträge und Eure Hilfestellung. LG Stephan
Hallo,
ich poste einfach mal ein paar Zeilen aus meinem Fachbuch, leider lann
Openoffice die Bilder nciht darestellen.....
Unterabschnitt 4.1.7
Bedeutung des Abschwächers
Von großer Wichtigkeit bei einer Messung sind auch die Überlegungen der
sinnvollen Einstellung des Abschwächers. Diese Tatsache wird häufig
vernachlässigt. Hier ist ein Optimum zu wählen zwischen dem
Empfindlichkeitsverlust bei Wahl einer hohen Dämpfung und dem
verschlechterten Intermodulations- und Dynamikverhalten bei zu
geringer Dämpfung. Ebenfalls ist die Veränderung des
Eingangswiderstandes des Spektrumanalysators bei sehr geringer Dämpfung
nicht unwichtig. Auch der Schutz des Einganges gegen zu hohe
Eingangsspannung und Eingangsleistung wird durch mehr Dämpfung
verbessert.
Zwischen diesen Einschränkungen muß die optimale Einstellung der
Dämpfung je nach Anspruch an die Messung gefunden werden. Hierbei ist
einige Übung hilfreich. Vergl. hierzu S. 9(15-prüfen!!).
Einige Beispiele aus der Praxis werden in Kap. 3 und Kap. 6 vorgestellt.
Zur besseren Einschätzung des genauen Einflusses dieser Parameter auf
das Meßergebnis und seine Genauigkeit sei hier auf die Faktoren
eingegangen, die die Dämpfungseinstellung beeinflussen.
Der wichtigste Faktor ist die maximal zulässige Eingangsleistung, die
ein Spektrumanalysator an seinem Eingang ohne Gefahr für das Gerät
zugeführt bekommen darf. Ist der Abschwächer nicht eingeschleift, also
nicht aktiv, so gelangt die gesamte Eingangsleistung auf den ersten
Mischer. Da der Mischer aus einer oder mehreren Dioden besteht, die mal
leitend sind und mal gesperrt, ist die Sperrspannnung der Dioden genauso
wichtig wie der maximale Durchlaßstrom, den die Dioden ohne Schaden
verkraften. Dies kann in der Praxis sehr wenig Leistung sein,
vorgegeben durch die extrem kleinen Mischerdioden. Wird diese
Eingangsleistung überschritten, so kommt es zu einer Zerstörung des
Mischers, und das Gerät muß repariert werden. Interessant ist hierbei,
daß der Begriff "Eingangsleistung" die absolute Eingangsleistung des
Mischers bezeichnet und nicht die gerade auf der Anzeige dargestellte
Leistung eines bestimmten Eingangssignals. Da der gesamte
Frequenzbereich, den das Vorfilter auf den Mischer passieren läßt, auch
Signale mit hoher Leistung enthalten kann, die außerhalb des angezeigten
Bereichs liegen, ist vorher zu prüfen, ob der Mischer außer den
Nutzsignalen noch andere starke Signale am Eingang hat. Da es sich in
diesem Fall um hohe Amplituden handelt, kann hier mit einer Abschwächung
von 30-40 dB über den gesamten Eingangsfrequenzbereich ziemlich
gefahrlos gemessen werden, jedoch ohne zu unempfindlich zu werden. In
jedem Fall sollte ein Eingangssignal je nach seiner Art schon vor dem
Anschließen an den Spektrumanalysator auf die zu erwartenden
Eingangsleistungen und Frequenzen hin abgeschätzt werden, das erfordert
allerdings etwas Übung und Wissen über das Eingangssignal.
Da einige Spektrumanalysatoren gleichstromgekoppelte Eingänge haben,
darf in diesem Fall nur eine kleine Gleichspannung an den Eingang gelegt
werden, da die Gleichspannung zu gefährlicher Erwärmung durch die
Verlustleistung im Abschwächer und Verstellung der Vorspannung an den
Dioden führt. Ist am Eingang eine Gleichstromsperre vorhanden, so dürfen
in der Regel auch dann nur 25 bis 50 Volt Gleichspannung an den Eingang
gelegt werden. Im Zweifel sollte man stets einen dem Frequenzbereich
durch seinen inneren Aufbau angemessenen Kondensator vor dem Eingang des
Spektrumanalysators verwenden.
Da die Mischerdioden bedingt durch die hohen Frequenzen, die solche
Dioden verarbeiten müssen, in ihren Abmessungen folglich sehr klein
sind, ist die Leistung, die ihre Zerstörung zur Folge hat, sehr gering.
Der Abschwächer dagegen ist aus Ohm'schen Widerständen zusammengesetzt
und verkraftet in der Regel eine um Größenordnungen höhere
Eingangsleistung, ohne zerstört zu werden, besonders bei kurzen, aber
kräftigen Impulsen. Daher ist der Abschwächer ein Schutz gegen eine
hohe Eingangsleistung oder plötzlich am Eingang auftretender
Transienten, etwa aus einer Netznachbildung, oder bei versehentlicher
Berührung einer Leitung, die sehr hohe Spannung führt. Allerdings ist
nicht einmal ein Abschwächer gegen eine viel zu hohe Belastung gefeit.
Da der Mischer vom Eingang her gesehen nicht immer einen konstanten
Eingangswiderstand darstellt, je nachdem, ob die Mischerdioden leitend
sind oder gerade gesperrt, variiert der Eingangswiderstand eines
Spektrumanalysators mit der Zeit, und ist auch abhängig von der
jeweiligen Injektionsfrequenz, die der Mischer über seinen zweiten
Eingang zugeführt bekommt. Diese Schwankung kann durch Einschalten eines
Abschwächers stark vermindert werden, da hier der scheinbare
Eingangswiderstand des Gerätes in die Nähe des Nominalwiderstandes
rückt. Die Ursache hierfür liegt in der Tatsache, daß der Abschwächer
(meistens!) den konstanten Wellenwiderstand deutlich besser einhält, als
ein Mischer dies über den Eingangsfrequenzbereich kann. Ist der
Abschwächer nicht eingeschleift, ist der Eingang mehr oder weniger
fehlangepaßt. Eine solche Fehlanpassung kann auch zu störenden
Rückwirkungen am Meßobjekt führen. Ein einfacher aber guter Test ist
das Hin- und herschalten zwischen 0 dB und 10 dB (falls von der
Amplidute her zulässig).
Interessant ist auch, ob gleichzeitig ein Eingangsgleichstrom fließen
kann.
Unterabschnitt 4.1.8
Intermodulation
Die wesentlichen Störfaktoren, die sich beim Betrieb der Mischerdioden
ergeben, sind die sogenannten Intermodulationsprodukte. Der Vorgang
ihrer Entstehung ist genau vergleichbar einer Mischung, allerdings
werden hier extern Eingangs- und Mischsignal über den
Hochfrequenzeingang zugeführt. Diese Tatsache ist auch maßgebend für
die Unabhängigkeit dieses Effektes von der Frequenz des internen
Mischsignals (LO), das über den zweiten Eingang des Mischers vom Gerät
zugeführt wird.
Die Intermodulation ist - streng gesehen - das unerwünschte
Mischergebnis zweier Eingangssignale an der nichtlinearen
Eingangskennlinie eines jeden Mischers, auf dieser Tatsache basiert im
Wesentlichen die Funktion des Eintaktmischers, der in Kapitel 5 noch
erläutert wird.
Ein sehr anschauliches Maß für diese unerwünschten Mischprodukte - und
damit für die Qualität eines Mischers - liefern die sogenannten
Interceptpunkte. Je höher sie liegen, um so besser ist der fragliche
Mischer.
(Hier das Bild mit den 2 Geraden und den Steigungen und dem IP3 auch IP2
und 1dB-Pkt.).
Diagramm noch erweitern um IP2 und 1dB-Pkt., Ausgangsspannung noch
eintragen...
Bild X.XX Darstellung des Interceptpunktes 3. Ordnung (IP3)+Extras
Zur Messung eines Interceptpunktes verwendet man zwei Eingangssignale
genau gleicher Amplitude, die verzerrungsfrei überlagert werden müssen
(additiv!). Die Frequenz der beiden Eingangssignale sollte recht nah
beieinanderliegen, damit sie durch etwa vorgeschaltete Filter nicht
schon gedämpft werden. Allerdings dürfen sie auch nicht zu nah
beieinander gewählt werden, da sich die Intermodulationsprodukte nicht
mehr getrennt darstellen lassen. In aller Regel ist das Ergebnis der
Messung eine Funktion des Abstandes der Eingangsfrequenzen. Daher wird
in aller Regel bei der Angabe eines Interceptpunktes auch der Abstand
der Eingangsfrequenzen angegeben.
(mgl. hier noch auf die 2 Bilder unten eingehen und IM-Pegel erläutern)
Bild 4.XX Spektrum mit wenigen Intermodulationsprodukten
Bild 4.XX Signal mit vielen Intermodulationsprodukten
Der Interceptpunkt dritter Ordnung (IP3) ist ein gedachter Punkt, an dem
sich wie im Bild dargestellt die Geraden der Amplitude von 2
Eingangssignalen gleicher Leistung und der Amplitude der
Intermodulationsprodukte 3. Ordnung schneiden. Je besser ein Mischer
ist, um so höher liegt dieser Punkt. Ein hoher IP3 bedeutet, daß bei ein
und derselben Eingangsamplitude weniger Leistung auf die
Intermodulationsprodukte entfällt als bei einem niedrigeren IP3. Bei
guten Mischern würde die Leistung zum Erreichen des
Intermodulationspunktes 3. Ordnung (IP3) den Mischer sofort zerstören,
daher wird er auf andere Weise gemessen. Die verwendete Methode ergibt
sich aus der Tatsache, daß die Gerade mit den Intermodulationsprodukten
genau die dreifache Steigung hat wie die Gerade des Eingangssignals.
Daher kann bei einer beliebigen Eingangsleistung der Abstand von den 2
leistungsgleichen Nutzsignalen und den Intermodulationsprodukten
gemessen werden und dann der IP3 nach der folgenden Formel berechnet
werden, in dem man die unterschiedlichen Geradensteigungen zur
Berechnung des Interceptpunktes ausnutzt.
µ §
wobei:
Pe= Pegel der Engangsleistung (eines von beiden Signalen)
Pi= Pegel eines der zwei Intermodulationsprodukte
IP3= Pegel entsprechend dem Interceptpunkt dritter Ordnung
(Alle 3 Pegelangaben sind in derselben logarithmischen Einheit zu
wählen, dBm oder dBuV, inklusive Vorzeichen!)
µ §
Als Beispiel sei hier ein Mischer vorgegeben, der einen unbekannten IP3
hat. Auf diesen Mischer werden zwei verzerrungsfrei überlagerte Signale
mit einem Pegel, der genau -10 dBm Ausgangssignal auf der Nutzfrequenz
erzeugt, gegeben. Das erste Eingangssignal habe die Frequenz 20 MHz, das
zweite habe 20.1 MHz. Gemischt wird mit einer Frequenz von 18 MHz. Daher
werden die Intermodulationsprodukte dritter Ordnung bei den Frequenzen
1.9 MHz und 2.2 MHz auftreten, und die Nutzsignale bei 2.0 und 2.1 MHz.
Der Pegel dieser Signale wird mit einem Spektrumanalysator gemessen, der
bei den verwendeten Pegeln frei von meßbarer Intermodulation sei.
Annahme: Angezeigt wird ein Pegel von -36 dBm für jedes der zwei
Intermodulationsprodukte. Da die 2 Nutzsignale jeweils -10 dBm besitzen,
ergibt sich ein Abstand der Nutz- und Störsignale von 26 dB. Damit
ergibt sich ein IP3 von:
µ §
Genauso läßt sich die Amplitude der Intermodulationsprodukte 3. Ordnung
vorhersagen, wenn die Eingangspegel und der IP3 bekannt sind. Der
Einfachheit halber seien zwei gleiche Eingangspegel vorausgesetzt. Der
Mischer habe einen IP3 von +13 dBm, und der Pegel der zwei
Eingangssignale betrage -10 dBm. Folglich werden die Amplituden der
Intermodulationsprodukte 3. Ordnung
µ §
Eine andere Methode ist die folgende: Die 2 leistungsgleichen
Nutzsignale werden mit einer geringen Amplitude auf den Mischer gegeben,
und eine definierte Ausgangsamplitude genau eingestellt. Nun betrachtet
man eine der 2 Frequenzen, auf denen die Intermodulationsprodukte 3.
Ordnung entstehen werden, und erhöht die Amplitude beider Signale
gleichzeitig so lange, bis die Amplitude der Intermodulationsprodukte
genau so groß ist wie vorher das Nutzsignal. Der festgestellte
Amplitudenunterschied bei den eingestellten Eingangssignalen wird
halbiert und zur höheren Amplitude addiert (Dezibel!), dieser Wert
ergibt den IP3.
Beispiel: Man empfange eines der 2 Eingangssignale, so daß die
Feldstärkeanzeige auf einem unteren, aber schon linearen teil der
Regelkennlinie des Empfängers steht. Dieser Wert muß später wieder
eingestellt werden. Die neue Empfangsfrequenz wird so eingestellt, daß
ein Intermodulationsprodukt 3. Ordnung. Nun erhöhe man die
Ausgangsleistung der beiden Meßsender gleichzeitig um denselben Betrag,
bis der Empfang der IP3 mit genau derselben Amplitude erfolgt, wie
vorher das Originalsignal. Da die alte und die neue Eingangsleistung am
Meßsender ablesbar sind, kann die Amplitudendifferenz einfach in dB
abgelesen werden. So seien es im ersten Fall -90 dBm gewesen, und im
zweiten Fall -20 dBm. Da auf den größeren Pegel nun die Hälfte der
Differenz aufaddiert wird, ergibt sich ein IP3 von:
µ §
Wie man feststellen kann, ist ein Interceptpunkt eine Amplitudenangabe,
zu der man bei einer gegebenen Eingangsamplitude sofort die Größe der
Intermodulationsprodukte errechnen kann. Dies erfolgt zweckmäßigerweise
stets in Dezibel oder dBm.
Bisher wurden nur Mischer in Verbindung mit Intermodulation betrachtet,
aber selbstverständlich können Intermodulationsprodukte auch an anderen
Bauelementen mit nichtlinearer Verhaltensweise entstehen. Dies wird
manchmal nicht beachtet, wenn es sich zum Beispiel um oxidierte
Relaiskontakte oder HF-Schalter mit PIN-Dioden handelt. Natürlich ist
auch ein Verstärker eine nichtlineare Baugruppe, falls eine gewisse
Eingangsleistung überschritten wird. Daher ist auch bei einer
Verstärkerschaltung die Angabe eines Interceptpunktes eine
unverzichtbare Angabe!
In den obigen Ausführungen war nur vom Interceptpunkt 3. Ordnung die
Rede, da er der bedeutendste Parameter für Verzerrung ist, aber
selbstverständlich existieren auch die Interceptpunkte 2., 4. und
höherer Ordnungen. Je höher die Ordnung, desto kleiner sind in der
Regel auch die Amplituden der Intermodulationsprodukte. Die oben
genannten Rechenmethoden und Formeln gelten bei Berücksichtigung der
geänderten Amplitudenverhältnisse für Interceptpunkte beliebiger
Ordnung. In der Nähe der Eingangsfrequenzen tauchen allerdings nur die
Produkte ungerader Ordnung auf.
Die Mischprodukte haben die Frequenzen
µ §
wobei n von 0 bis m geht. Die Summe der m und n je Fall ergibt die
Ordnung eines Intermodulationsprodukts. Die Summe der m und n ergibt
auch die Steigung der Geraden als Verhältnis zum Eingangssignal an.
Eingehender erläutert wird dies in [Sabin und Schoenike] und [Ulrich L.
Rohde].
[nochmal in der Quelle nachlesen]
Besonders übersichtlich ist die breite Palette der Ausgangssignale einer
Mischung bis zur fünften Ordnung in dem Buch "Single-Sideband Systems &
Circuits von William E. Sabin und Edgar O. Schoenike u. a., 1987,
McGraw-Hill Verlag" beschrieben.
Da die dortige Schilderung auf Englisch ist, sei sie hier übersetzt
wiedergegeben.
Allgemein kann die Übertragungsfunktion eines Verstärkers oder Mischers
dargestellt werden als eine Potenzreihe um den Ruhe-Arbeitspunkt (der
Einfachheit halber hier nur bis zur 5. Potenz entwickelt):
µ §
Die K0 und K1 repräsentieren die lineare Übertragungskennlinie. Die
Terme mit den Potenzen 2 bis 5 stehen für die Nichtlinearitäten, die
Verzerrungen erzeugen.
Ein Zweifrequenz-Signal (auch: Zweiton-Signal) wird beschrieben durch:
µ §
wobei A1 und A2 = Amplituden der Signale
µ §
µ §
f1 und f2 = Frequenzen der Signale
Durch Ersetzen von e in der obersten Gleichung ergibt die folgenden
Terme, gruppiert nach Potenzen der Verzerrungen.
Die Grundwellenanteile sind:
µ § µ §
µ § µ §
Die Anteile zweiter Ordnung sind:
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
Die Anteile dritter Ordnung sind:
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
Die Anteile vierter Ordnung sind:
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
Die Anteile fünfter Ordnung sind:
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
µ § µ §
Das eigentliche Ergebnis der Mischung ist in (4.2.1) beschrieben, nur
dieser Term ist das gewünschte Nutzsignal der Mischung, es besteht aus 2
verschiedenen Frequenzen.
Wie aus der Gleichung zu ersehen ist, ist das Nutzsignal nach dem
Mischer genau das Produkt der beiden Eingangssignale, und alle anderen
Ausgangssignale sind daher als ungewollte Nebenprodukte der Mischung zu
betrachten. Insbesondere sind dies die beiden Anteile der
Eingangssignale (4.1.1) und (4.2.2). Auch ist sehr deutlich abzulesen,
daß bei Intermodulationsprodukten die Signalamplitude genau mit der
Potenz der Ordnung ansteigt, was bereits in Kap. 3 besprochen wurde.
Allein die willkürlich nach den Ausgangssignalen 5. Ordnung abgebrochene
Berechnung der entstehenden Signale zeigt deutlich, wie viele mögliche
Frequenzen am Ausgang einer Mischstufe oder eines nicht linearen
Verstärkers erzeugt werden können. In der Praxis kommen häufig
Intermodulationsprodukte noch höherer Ordnung vor, die einen breiten
"Lattenzaun" auf dem Schirm eines Spektrumanalysators ergeben (dieser
technische Ausdruck ist eine Folge des Schirmbildes und repräsentiert
eine sehr anschauliche Beschreibung des Eingangssignals).
Die Koeffizienten für diese Berechnung sind stark von der jeweiligen
Schaltung, Amplitude, und Verwendungszweck der Schaltung abhängig und
insbesondere von den Betriebsbedingungen. Ein linearer Verstärker wird
stets ein großes K1 und eventuell ein K0 als Kenndaten besitzen, die
anderen Koeffizienten dagegen werden sehr klein sein.
Bei einem Mischer ist lediglich ein großes K2 interessant, alle anderen
Koeffizienten führen zu unerwünschten Mischprodukten.
Deutlich wird auch das Vorhandensein der 2 Eingangsfrequenzen in (4.1.1)
und (4.1.2), sowie deren Harmonische in (4.2.2), (4.2.3), (4.3.3),
(4.3.4), (4.4.4), (4.4.5), (4.5.5) und (4.5.6).
Die restlichen Anteile sind in ihrer Ordnung gemäß der Gleichung
µ §
definiert, ihre jeweiligen Amplituden sind aus den Gleichungen (4.1.1)
bis (4.5.6) direkt herauszulesen, wobei gilt, daß alle K vom verwendeten
Mischer abhängig sind.
Generell gilt, daß in der Nähe der Ausgangsfrequenzen nur die
Mischprodukte ungerader Ordnung erscheinen. Deshalb ist der
Interceptpunkt 3. Ordnung so interessant bei der Begutachtung der
Leistungsmerkmale eines Mischers, da die Intermodulationsprodukte
höherer Ordnung erst bei noch stärkerer Übersteuerung in Erscheinung
treten.
Die Intermodulationsprodukte höherer Ordnung haben in der Betrachtung
der Qualitäten eines Mischers oder eines Verstärkers nicht dieselbe
Bedeutung wie die Intermodulationsprodukte 3. Ordnung (IP3!). Ihre
Amplituden sind allerdings genauso von der Eingangsamplitude abhängig,
wenn auch mit höherer Steigung der zugehörigen Gerade analog zu Bild
4.XX.
Bei extremer Übersteuerung eines Mischers oder Verstärkers lassen sich
jedoch in der Praxis eine sehr große Anzahl Intermodulationsprodukte
beobachten, die sich nach den oben beschriebenen Regeln verhalten. So
können sehr viele Intermodulationsprodukte entstehen, die auch im Bild
dargestellt werden. In nachfolgenden Stufen können diese
Intermodulationsprodukte wiederum gemischt werden und dadurch die
Funktion des Gerätes erheblich beeinträchtigen.
(Hier Bild von Signal mit vielen IMs) - Siehe weiter unten, Nummer
einfügen!
Unterabschnitt 4.1.9
Kreuzmodulation
Eine weitere Erscheinung im Betrieb von Mischern, die eine Beschränkung
der Leistungsmerkmale eines Mischers bedeutet, ist die Kreuzmodulation.
Kreuzmodulation ist eine besondere Art der Amplitudenmodulation, die
dadurch entsteht, wenn ein sehr starkes Signal im Mischer begrenzt wird
und ein schwächeres Signal, das dem starken Signal überlagert ist, durch
die Unlinearität ebenfalls komprimiert wird. Dies kann sich als reine
Amplitudenmodulation bemerkbar machen, meistens wird nur die Amplitude
dieser Signale geringer. Wird der Mischer extrem übersteuert, kann die
Kreuzmodulation zu einer kompletten Unterdrückung der anderen
Eingangssignale führen.
Die wenigen Möglichkeiten, eine solche Kreuzmodulation zu verhindern,
sind in der Praxis entweder durch eine entsprechende Einschränkung der
Bandbreite zu erreichen, um zu starke unerwünschte Signale zu dämpfen.
Ist jedoch das starke Signal sehr nahe des gewünschten Signals, so kann
eine Verminderung der Kreuzmodulation andererseits nur durch einen
besonders großsignalfesten Mischer erreicht werden, da ein Filter nicht
mehr genügend Selektion bietet. Besonders der "Zero-Beat" eines
Spektrumanalysators ist hier ein Kandidat für mögliche Probleme. Die
fragliche Mischstufe (also alle Stufen nach dem 1. Mischer) muß die
gesamte Eingangsleistung ohne nennenswerte Kompression bewältigen. Die
erste Mischstufe kann dazu beitragen, dieses Problem zu minimieren,
indem sie die Injektionsfrequenz durch gute Balancierung nicht in der
vollen Amplitude auf den Ausgang durchkoppeln läßt. Bei
nichtbalancierten Mischern ist eine Injektionsdämpfung am Ausgang
aufgrund der Topologie nicht machbar. Diese Ausführungen gelten im
Übersteuerungsfall auch für Verstärkerstufen, und sogar für passiv
arbeitende Diodenschalter und ähnliche Schaltungen.
In der Praxis macht sich dieser Effekt als eine Verkleinerung der
gemessenen Amplitude in der Nähe des starken Signals bemerkbar,
vergleichbar einer Bandsperrfunktion, deren Mitte das starke Signal
bildet.
Dies kann als Meßergebnis in keinem Fall hingenommen werden, daher ist
hier große Sorgfalt auf die möglichen Eingangspegel und den Mischer bzw.
den Verstärker zu legen. In der Praxis ist diese Einschränkung von sehr
großer Bedeutung bei der Auslegung fast jeder hochfrequenztechnischen
Schaltung.
(Hier noch Skizze um ein sehr starkes Signal herum oder Speckiausdruck -
mit MAX HOLD)
(Hier noch weitere theoretische Kapitel)
Rauschen aktiv/passiv --- IPx---Störungen und Störungsarten --- digitale
Spektrumanalyse auch als Teil eines Analoganalysators mit besserer
Geschwindigkeit und Auflösung
Abschnitt 4.2
Digitale Spektrumanalyse mittels Fouriertransformation und verwandte
Rechenverfahren
Die Fouriertransformation bildet die mathematische Grundlage für die
Umwandlung einer im Zeitbereich definierten Funktion in eine andere
Funktion, die dieses Signal im Frequenzbereich beschreibt. Die
Umkehrfunktion hierzu bildet die inverse Fouriertransformation. Die
eigentliche Fouriertransformation im streng mathematischen Sinne setzt
ein zeitkontinuierliches Signal voraus, welches im betrachteten Bereich
nur endliche Sprungstellen aufweist (die sog. Dirichlet´sche Bedingung).
In der Praxis liegt ein solches Signal meist als Folge zeit- und
wertdiskreter Abtastergebnisse vor, so daß hier mit einem anderen
mathematischen Verfahren vorgegangen werden muß. Außerdem kommen noch
eine Reihe anderer Fehlerfaktoren für das Ergebnis hinzu, je nach
verwendetem Rechenverfahren. Allerdings basieren auch diese Methoden auf
der Fouriertransformation, daher soll sie zuerst vorgestellt werden.
(Hier schließt sich am besten ein Diagramm an, aus dem die Gewinnung der
Ausgangsinformation auf mehreren verschiedenen Wegen dargestellt wird,
eventuell mit einem kurzen SNIP des verwendeten Algorithmus) siehe
Todofile
[An dieser Stelle die KORR vom Kapitel 4 erst einmal zurückgestellt und
mit K5 weiter gemacht] Fe 221203
Unterabschnitt 4.2.1
Die Fouriertransformation
Die Fouriertransformierte ist die mathematische Umwandlung einer
Funktion in Abhängigkeit von der Zeit in eine Funktion in Abhängigkeit
von der Frequenz mit Hilfe der Fouriertransformation. Dafür muß die
Funktion im Zeitbereich einigen Forderungen genügen, das heißt, sie muß
einige einschränkende Voraussetzungen erfüllen. Einerseits muß die
untersuchte Frequenz mit mindestens einer Periode des Signals in den
Abtastwerten enthalten sein, andererseits muß die Nutzamplitude in einem
sinnvollen Verhältnis zur Störamplitude und außerdem der Quantisierung
stehen. Desweiteren dürfen die Amplitudensprünge stets nur endlich sein
und die maximale untersuchte Frequenz nicht höher als die Hälfte der
Abtastrate. Alle diese Erfordernisse ergeben sich aus dem Shannon'schen
Abtasttheorem und den Dirichlet'schen Bedingungen für
Integrale(Stetigkeit - also keine abrupten Sprungstellen)und keine
unendlichen Werte(Au Weia)(???).
(Hier das Sprungverhalten und die Periodizität und noch mehr)
Die Fouriertransformation ist wie folgt definiert:
µ § µ §
Der Beweis dieser Formel soll hier nicht angetreten werden, da er hier
nicht weiter von Belang ist. In der einschlägigen Fachliteratur ist er
jedoch ausführlich beschrieben.[Sam D. Stearns, Litverz.;
Clausert/Wiesemann Grula ET Band 1/2]
Als Ergebnis liefert die obige Formel, daß einer Zeitfunktion
mathematisch eine Frequenzfunktion korrespondiert, wenn sie die oben
genannten Einschränkungen nicht verletzt. Für die Spektrumanalyse ergibt
sich daher ein determiniertes mathematisches Rechenverfahren, um aus
einer Zeitfunktion die jeweilige Frequenzfunktion herzuleiten. Dies
setzt allerdings eine kontinuierliche Zeitfunktion voraus, die sich in
der Praxis nicht exakt bestimmen läßt. Außerdem ist das Integral niemals
über einer unendlichen Zeitspanne lösbar, wie von der Theorie gefordert,
sondern stets nur über einem endlichen Zeitintervall, so daß sich bei
der Umsetzung dieses Rechenverfahrens in die Praxis einige Probleme
ergeben. Diese lassen sich jedoch durch gewisse Annahmen und
Überlegungen umwandeln in durchaus konkrete Ergebnisse der
Fouriertransformation in der Praxis. Eine wesentliche Änderung ergibt
sich durch den Übergang von zeitkontinuierlichen Werten zu zeitdiskreten
Werten, also einer Abtastung zu bestimmten Zeitpunkten. Hieraus ergibt
sich der Zusammenhang der Fouriertransformation und der sog. diskreten
Fouriertransformation.
Ein in diesem Zusammenhang interessanter Sonderfall ist der
Dirac-Impuls, eine theoretische Rechengröße mit genau festgelegten
Eigenschaften. Da die Amplitude des Impulses gegen unendlich geht und
seine Dauer unendlich kurz ist, kann er in der Praxis so nicht erzeugt
werden. Interessant ist bei der Definition des Dirac-Impulses besonders,
daß für ihn die Fläche unter dem Integral aus Amplitude und Zeit immer
gleich 1 ist. Als Formel ist der Dirac-Impuls so definiert:
µ §
Wird nun ein solcher Dirac-Impuls im Frequenzbereich betrachtet, so
besitzt er ein Spektrum, in welchem alle Frequenzen mit genau derselben
Amplitude vorkommen. In der Theorie wird der Dirac-Impuls häufig in
Formeln benutzt, die sich mit Signalanalyse befassen. Dort wird seine
Filterwirkung im Zeitbereich ausgenutzt, wenn ein solcher Dirac-Impuls
als Filterfunktion zur Multiplikation mit einem anderen Signal benutzt
wird. Besonders von Bedeutung ist, daß auch weißes Rauschen im
Frequenzbereich dieselbe Darstellung besitzt, wenn der Aufnahmezeitraum
unendlich lang ist.
(Hier 2 Beisp. 1. Dirac-Impuls und Darst im Frequenzbereich)
Ist dagegen im Frequenzbereich eine sehr schmale Nadel zu beobachten, so
ist die korrespondierende Funktion im Zeitbereich eine sinusförmige
Welle mit einer bestimmten Frequenz.
(2. Nadelf. Impuls im Freq.-Ber und seine Darst als Sinus im
Zeitbereich)
( Inverse Fouriertransformation als Umkehrfunktion nicht vergessen...)
Das Ergebnis einer Fouriertransformation kann mit einem umgekehrten
Algorithmus dazu benutzt werden, um aus der Abbildung im Frequenzbereich
den ursprünglichen Signalverlauf im Zeitbereich zu rekonstruieren, da
die Amplituden- und Frequenzinformation zu jedem Zeitpunkt bekannt ist,
und darüberhinaus auch die Phaseninformation existiert. rechnerisch
werden dazu alle Frequenzanteile mit korrekter Amplitude und Phase
addiert, und so zeit- und wertdiskret der ursprüngliche Spannungsverlauf
im Zeitbereich nachgebildet. Die modernen Audio-Kompressionsverfahren
arbeiten ähnlich diesem Prinzip, nur wird bei ihnen nicht exakt mit der
Fouriertransformation gearbeitet, sondern das Ausgangssignal in einzelne
"kleine Wellen", sog. Wavelets, gewandelt. Diese Wavelets werden dann
ebenfalls wieder zusammengesetzt, um das ursprüngliche Audiosignal zu
liefern. Bei dieser Art Kompression macht man sich die Tatsache zunutze,
daß in vielen Fällen eine recht einfache Signalstruktur vorliegt. Für
das Wavelet-Verfahren bedeutet die Rücktransformation vom Frequenz- in
den Zeitbereich deutlich weniger Rechenleistung, als für die
Transformation in den Frequenzbereich, bei der Fouriertransformation
sind beide Wege gleich aufwendig, nur der gewählte Algorithmus und seine
Umsetzung entscheidet hier über die notwendige Rechenleistung.
Diesen Rechenweg nennt man die inverse Fouriertransformation, da sie die
exakte Umkehrung der Fouriertransformation ist.
Gruß, Jochen DH6FAZ
Hallo, Darf man wissen aus welchem Fachbuch dieser Auszug stammt ? Gruss, Kurt
An dem schreibe ich noch...... mein eigenes. Daher auch die vielen unvollendeten Kommentare.... Ist es so schlecht?
Nein, im Gegenteil; viele praktische und gut verständliche Hinweise für den Umgang mit Spektrumanalysatoren. Ich spiele ernsthaft mit dem Gedanken, mir einen Analysator zuzulegen; deshalb das Interesse. Gruss, Kurt
Das ist nur ein kleine Ausschnitt aus Kapitel 4 gewesen, das Manuskript hat bisher 330 Seiten..... da sind auch die Grafiken korrekt drin und die Formeln, die sind beim Post verstümmelt worden.
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