Spektrum Analysator - Hilfe gesucht

[Philipp G. (geiserp)]

Hallo *.*

Ich stehe leider heute völlig auf dem Schlauch oder leide an geistiger 
Umnachtung.

Folgendes: Wenn ich ein Rechteck Signal mit 1khz auf dem DSO darstelle, 
ist mir das soweit alles klar und nachvollziehbar.

Füttert man selbiges 1khz Signal in einen SA, hätte ich erwartet, dass 
ich über das dargestellte Frequenzspektrum einen Peak habe bei genau 
1khz, und der Rest 'flach' ist, da ja nur ein 1khz Signal vorhanden ist.

Tatsächlich sind es aber mehrere Peaks, in Abständen mit 1 khz, mit 
steigender Frequenz schwächer werdend (Bitte Bild beachten).

Könnte mir jemandem einem voll dummy wie mir das irgendwie einleuchtend 
erklären?

Gruss, Markus.

[Helmut L. (helmi1)]

Markus Huber schrieb:
> Füttert man selbiges 1khz Signal in einen SA, hätte ich erwartet, dass
> ich über das dargestellte Frequenzspektrum einen Peak habe bei genau
> 1khz, und der Rest 'flach' ist, da ja nur ein 1khz Signal vorhanden ist.

Noe, dein Rechtecksignal enthaelt ja auch Oberwellen und die siehst du 
hier.
Und zwar hat ein symmetrisches Rechtecksignal ungerade Oberwellen 
(Harmonische) bei 3 x fc , 5 x fg , 7 x fg usw. Die Amplitude ist dabei 
abnehmend. Das ganze ist unter dem Stichwort Forieranalyze bekannt.
Eine einzelne Spektrallinie gibt es nur wenn das Signal rein 
Sinusfoermig ist, sobald die Kurvenform davon abweicht gibt es mehr oder 
weniger Oberwellen.

[Philipp G. (geiserp)]

Ok, danke, aber was heisst jetzt 'Oberwellen' in einem Reckeck Signal?

Ein Rechteck Signal ist ja Prinzip nichts anderes, als wenn ich mit 
zeitlich genau definierten Abständen einen Schalter drücke - eine 
Sekunde ein - eine Sekunde aus = Rechteck Signal.

Wie muss ich mir das jetzt auf einem SA vorstellen, dass damit 
Oberwellen erzeugt werden?

Gruss, Philipp

[Ulrich (Gast)]

Der SA zerlegt das Anliegende Signal in eine Summe aus Sinus (und 
Kosinus) Schwingungen. Das ist also so etwas die Hardware Umsetzung der 
Fourier-Transformation.

Das Rechtecksignal ist gerade die Summe aus 
sin(f)+1/3*Sin(3*f)+1/5*sin(5*f) + .... Entsprechend zeigt der SA die 
Amplituden für 1, 3, 5, 7 .. kHz an.

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Markus Huber schrieb:
> Ok, danke, aber was heisst jetzt 'Oberwellen' in einem Reckeck Signal?

JEDES Signal, welches weder konstant Null noch exakt sinusförmig ist, 
enthält Oberwellen. Lies Dir in der Fachliteratur oder bei Wikipedia 
Artikel zu den Themen Fourieranalyse und Fouriersynthese durch. Beachte, 
dass sich beide Verfahren nur auf exakt periodische Signale beziehen (, 
was hier aber gegeben ist).

Nachtrag:
Der Artikel http://de.wikipedia.org/wiki/Fourierreihe beschreibt das 
ganze auf sehr einfache und leichtverständliche Art und Weise, und zwar 
auch anhand eines Rechtecksignals.

[Chris D. (myfairtux) (Moderator)]

Markus Huber schrieb:
> Ok, danke, aber was heisst jetzt 'Oberwellen' in einem Reckeck Signal?
>
> Ein Rechteck Signal ist ja Prinzip nichts anderes, als wenn ich mit
> zeitlich genau definierten Abständen einen Schalter drücke - eine
> Sekunde ein - eine Sekunde aus = Rechteck Signal.
>
> Wie muss ich mir das jetzt auf einem SA vorstellen, dass damit
> Oberwellen erzeugt werden?

Die Oberwellen sind auch schon im Oszilloskop da - Du siehst sie aber 
nicht explizit sondern sie stecken in der Signalform.

Dein Oszilloskop zeigt auf der X-Achse die Zeit, auf der Y-Achse die 
Spannung an.

Ein Spektrumanalysierer zeigt auf der X-Achse aber die Frequenz an (auf 
der Y-Achse auch die Spannung, meist logarithmisch).

Die anderen haben ja schon erklärt, was physikalisch dahinter steckt 
(Fourierreihe usw.)

Vielleicht anschaulich: Wenn Du also ein Rechtecksignal erzeugst, 
erzeugst Du eigentlich ganz viele Sinussignale mit den Vielfachen der 
Grundfrequenz. Diese überlagert lassen Dich bzw. Dein Auge im 
Oszilloskop dann "glauben", Du hättest nur eine einzige Frequenz.

Bei einem reinen Sinuston ist das tatsächlich so. Bei allen anderen 
Signalformen hat man immer eine Addition von vielen einzelnen 
Sinuskurven.

Wie gesagt: Du musst unterscheiden zwischen dem Zeit- und dem 
Frequenzbereich.

[Stefan M. (derwisch)]

Dein Rechtecksignal erzeugt die Oberwellen sogar mit maximal möglicher 
Amplitude.
Oder anders: Es gibt keine Wellenform, die mehr ( stärkere ) Oberwellen 
"produziert".

Nur ein mathematisch exaktes Sinussignal hätte auf Deinem SA nur einen 
einzigen Peak auf der Sollfrequenz ( Grundwelle ).

In der Audiotechnik nennt man Oberwellenanteile im Signal auch 
Klirrfaktor.

Schau Dir ( wie schon erwähnt wurde ) mal die Begriffe Fourieranalyse 
und Fouriersynthese an.

[Hendi (dg3hda) (Gast)]

Um für die Benutzung eines SA umfassend gerüstet zu sein, schau Dir von
Agilent Application Note 150 an.

Als "Übung" zum Verständnis des Zusammenhangs Rechtecksignal und 
Oberwellen probier mal folgendes:

Erzeuge eine handvoll Sinustabellen in einem 
Tabellenkalkulationsprogramm Deiner Wahl. Ich empfehle Dir mindestens 3.
Mit einer Frequenz f0 und einer Maximalamplitude von 1 solltest Du 
anfangen, das ist deine Grundschwingung.
Dann eine Tabelle mit der dreifachen Frequenz und 1/3 der 
Maximalamplitude der Grundschwingung.
Dann eine Tabelle mit der fünffachen Frequenz und 1/5 der 
Maximalamplitude der Grundschwingung.
Weiter geht es mit f=n*f0 und Amplitude die 1/n mal die der 
Grundschwingung ist, und n immer größere ungerade zahlen nehmen.

Wenn Du die Werte dieser Tabelle addierst und das Ergebnis als Diagramm 
darstellst wirst Du sehen daß bei nur f0 Du einen schönen Sinus erhälst 
und je mehr zusätzliche "Oberwellen" hinzufügst dich immer weiter einem 
schönen Rechteck annäherst.

Gruß Hendi

[Ralph B. (rberres)]

Stefan M. schrieb:
> Dein Rechtecksignal erzeugt die Oberwellen sogar mit maximal möglicher
> Amplitude.
> Oder anders: Es gibt keine Wellenform, die mehr ( stärkere ) Oberwellen
> "produziert".
>
> Nur ein mathematisch exaktes Sinussignal hätte auf Deinem SA nur einen
> einzigen Peak auf der Sollfrequenz ( Grundwelle ).
>
> In der Audiotechnik nennt man Oberwellenanteile im Signal auch
> Klirrfaktor.
>
> Schau Dir ( wie schon erwähnt wurde ) mal die Begriffe Fourieranalyse
> und Fouriersynthese an.

Doch weißes Rauschen.

Ralph Berres