Spectrum Analyzer mit Pre-Amp

[Mike S. (elektrofix)]

Hallo,

ich habe für einige Tage einen Spectrum Analyzer Siglnet SSA 3032X 
ausgeliehen bekommen.
Beim Bestimmen der Harmonischen eines Senders im 2m Band ist mir ein 
Phänomen aufgefallen, welches ich mir nicht erklären kann. Je nachdem, 
ob der Pre-Amp ON oder OFF ist verändert sich der gemessene Pegel von 
Harmonischen. Beim Grundsignal ist das nicht der Fall...

Vielleich kann mir hier jemand auf die Sprünge helfen:

Aufbau:
DUT: Sender 2m
Grundfreq: 144.8 MHz
Leistung: 30 dBm

Der Sender-Ausgang geht über ein Dämpfungsglied (40 dB) in den Eingang 
des Analyzers.

Messung:
Bei der Grundfrequenz ergibt sich der nahezu Identische Pegel (-> ~30 
dBm).
-> Grundfreq Pre-Amp ON.png
-> Grundfreq Pre-Amp OFF.png

Bei der 2. Harmonischen ergeben sich aber unterschiedliche Pegel je 
nmach dem ob mit oder ohne Pre-Amp:
ON: -24.41 dBm   -> Harmonische Pre-Amp ON.png
OFF: -42.18 dBm  -> Harmonische Pre-Amp OFF.png

Warum ergeben sich hier solche erheblichen Unterschiede?
Addiert sich die Harmonische des Pre-Amp zu der des DUT?

Ich bin für jeden erhellenden Hinweis dankbar :)

Vielen Dank!

Grüße
Mike

[Ralph B. (rberres)]

Bei -10dbm am Spektrumanalyzereingang benötigt man normalerweise keinen 
Vorverstärker. Der Vorverstärker wird bei Ansteuerung mit -10dbm 
sicherlich schon selbst Harmonische erzeugen die dann sichtbar werden.

Ralph Berres

[HF Pfuscher (Gast)]

Mike P. schrieb:
> Warum ergeben sich hier solche erheblichen Unterschiede?
> Addiert sich die Harmonische des Pre-Amp zu der des DUT?
>
> Ich bin für jeden erhellenden Hinweis dankbar

Ein PreAmp ist dafür gedacht schwache Signale zu verstärken,
also was ganz schwaches aus dem Rauschen herauszuheben.
Dein Signal ist kein schwaches. Wenn du in deinen Eingangspfad
aussen nochmal ein Dämpfungsglied in der Grösse der Verstärkung
deines PreAmps einfügst solltest du das annähernd gleiche
Ergebnis bekommen.

Dein PreAmp bekommt durch die "starke" Aussteuerung soviel
Pegel dass er selbst mehr an Oberwellen produziert.

[Mike S. (elektrofix)]

Vielen Dank für das Feedback und die Erläuterungen!
Es macht die Sache klarer und bestätigt wohl meinen Vermutung.

Der Ausleiher meinte ich solle den Pre-Amp einfach eingeschaltet lassen 
denn der Analyzer schaltet (falls notwendig) automatisch den internen 
Attenuator zu. Dieser Rat war offensichtlich Falsch...

Jetzt wollte ich es ganz genau wissen und habe nun ein zusätzliches 
Dämpfungsglied in der Grösse der Verstärkung des Pre-Amp (-> 20 dB) 
eingefügt.
Leider bekomme ich kein annähernd gleiches Ergebnis:

ext. Dämpfungsglied 40dB, Pre-Amp OFF: -46.32 dBm
ext. Dämpfungsglied 60dB, Pre-Amp ON:  -31.91 dBm

Hmmm... ist das Signal für den Pre-Amp doch noch zu stark oder habe ich 
noch einen Denkfehler?

Grüße
Mike

[HF Pfuscher (Gast)]

Mike P. schrieb:
> Hmmm... ist das Signal für den Pre-Amp doch noch zu stark oder habe ich
> noch einen Denkfehler?

Wenn das gleiche Ergebnis kommt dann liegt es wohl in der Natur des
Preamp der einfach grundsätzlich - und nicht nur bei hoher
Aussteuerung - zusätzlich Verzerrungen, hier also Oberwellenanteile,
produziert.

Ist wohl einfach so. Wenn es der Hersteller gut und ehrlich meint
hat er das vielleicht im Datenblatt sogar spezifiziert.

Wie breits gesagt:

HF Pfuscher schrieb:
> Ein PreAmp ist dafür gedacht schwache Signale zu verstärken

und wenn du ein schwaches Sigla hast sollte dich der Oberwellen-
Anteil nicht interessieren. Denn du bist froh darüber dass du
überhaupt noch was vom Signal siehst.

Siehe auch (ganz richtig):

Ralph B. schrieb:
> Bei -10dbm am Spektrumanalyzereingang benötigt man normalerweise keinen
> Vorverstärker.

Also solltest du dich selbst fragen wozu du den Preamp brauchst.
Ich sehe auch keinen Sinn darin.

[Experte (Gast)]

Mike P. schrieb:
> ist das Signal für den Pre-Amp doch noch zu stark

Ja, Du gehst ja immer noch mit -30 dBm rein. Das ist viel.

[Edwin (Gast)]

Experte schrieb:
> -30 dBm

Mit 30 dBm geht er doch auf den Spekki...

[Ralph B. (rberres)]

Edwin schrieb:
> Mit 30 dBm geht er doch auf den Spekki...

Mike P. schrieb:
> Aufbau:
> DUT: Sender 2m
> Grundfreq: 144.8 MHz
> Leistung: 30 dBm
>
> Der Sender-Ausgang geht über ein Dämpfungsglied (40 dB) in den Eingang
> des Analyzers.

sind schon mal -10dbm

Mike P. schrieb:
> Jetzt wollte ich es ganz genau wissen und habe nun ein zusätzliches
> Dämpfungsglied in der Grösse der Verstärkung des Pre-Amp (-> 20 dB)
> eingefügt.

damit sind es -30dbm !!

Mitunter hilft es den ganzen Thread zu lesen.

Aber selbst -30dbm Pegel ist noch viel für den Spektrumanalyzer dessen 
Rauschsockel ohne Vorverstärker bei gut -115db bei 1KHz Bandbreite 
liegt.

Das sind immer noch 5db mehr Dynamik als der Spektrumanalyzer mit seinen 
80db Anzeigeumfang auf dem Display normalerweise anzeigt.

Ralph Berres

[René H. (dj1yr)]

er meinte, das er nach Abzug aller eingefügten Dämpfungsglieder immer 
noch -30dbm als Hauptsignal einspeist.

Der Eingang wird trotzdem noch überfahren, nur weil man das Signal in 
seiner Span nicht sieht, heißt es nicht, das keines da ist, gerade die 
breitbandigkeit eines Speki-Eingangs sollte man da nicht unterschätzen 
und die Summenpegel unbedingt beachten.

Zur Oberwellenmessung von größeren Pegeln nutzte ich Splitfilter, die 
Grundwelle wird in ein Dummy geschickt, die OW über einen HP zum Specki

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

Wenn sich tatsächlich die 2. Harmonische (und andere geradzahlige) am 
stärksten meldet, deutet das darauf hin, dass ein Verstärker so weit 
übersteuert ist, dass sein Ausgangssignal asymmetrisch wird, d.h. er 
läuft gegen eine seiner Vorsorgungsspannungen.

Ginge es "nur" um eine beidseitige Nichtlinearität, dann würde sich 
diese eher in den ungeradzahligen Harmonischen, insbesondere der 
dritten, bemerkbar machen.

[Petra (Gast)]

Im Datenblatt ist bei -30 dBm der Anteil der vom Mischer produzierten 
Harmonischen mit -65dBc angegeben. Du hast schon bei der Messung ohne 
Pramp einen Mischerpegel von -20dBm. Damit produziert der Mischer selbst 
schon mehr Oberwellen als gewünscht. Der Preamp ist normalerweise vor 
dem Abschwächer. Blockschaltbild habe ich leider nicht gefunden. Damit 
nützt es nichts, dass der interne Abschwächer von 10 auf 30 dB schaltet. 
Da ich im Datenblatt keinen Hinweis zum maximalen Eingangspegel mit 
Preamp finde, würde ich von max. -50 dBm ausgehen, die du ihn zumuten 
kannst.
Du kannst recht einfach testen ob der Mischer verzerrt (Oberwellen 
bildet).
Schalte den Eingangsabschwächer ohne Preamp um 20 db höher. Wenn sich 
die Oberwellenpegel ändern, dann ist der Mischer in der Begrenzung.
Wenn der Abschwäscher elektronischer Art ist, kannst Du zum Testen auch 
einen "mechanischen" Abschwächer anschrauben. Nicht alle elektronischen 
Abschwächer arbeiten bei großen Signalen linear.

[Mike S. (elektrofix)]

Durch ein weiteres Dämpfungsglied oder eine Bandsperre (-> 
Grundfrequenz) konnte ich das Problem beseitigen.

Vielen Dank für die zahlreichen konstruktiven Hinweise. Damit war es mir 
möglich, mein Wissen im Umgang mit einem Spectrum Analyzer zu erweitern.

[Uwe M. (uwe_mettmann)]

Mike P. schrieb:
> Durch ein weiteres Dämpfungsglied oder eine Bandsperre (->
> Grundfrequenz) konnte ich das Problem beseitigen.

Du misst direkt am Ausgang eines Funkgerätes. Daher ist es wichtig, zur 
Anpassung vor dem Filter noch ein Dämpfungsglied von mindestens 20 dB 
anzuordnen, damit der Sender auf der Sendefrequenz 50 Ohm sieht.

Ob eine Übersteuerung vorliegt, kann man, wie Petra schon geschrieben 
hat, durch ein Vorschalten eines Dämpfungsglied vor dem 
Spektrumanalysator testen. Der Wert, den der Spek anzeigt, muss ich dann 
um den Wert des Dämpfungsgliedes reduzieren, dann ist der Spek nicht 
übersteuert.

Ist im Spek die interne Vordämpfung durch normale Dämpfungsglieder 
realisiert und nicht elektronisch und ist die interne Vordämpfung vor 
dem Verstärker, kann man auch durch Änderung der internen Vordämpfung 
testen, ob der Spek übersteuert ist.

Üblicherweise lässt sich die Vordämpfung des Analysators in 5 oder 10 dB 
Schritten schalten. Wenn die automatische Vordämpfung eingeschaltet ist, 
sollte ein Dämpfungswert gewählt werden, die die automatische 
Vordämpfung nicht einstellen kann. Man kann aber am Spek auch die 
automatische Vordämpfung ausschalten. Grund des Ganzen ist, wenn man ein 
Dämpfungsglied von 10 dB vorschaltet, nimmt die automatische Vordämpfung 
die Dämpfung um 10 dB zurück, also liegt ein identischer Pegel am 
Vorverstärker oder Mischer an. Somit wäre keine Übersteuerung erkennbar, 
auch wenn diese vorliegen sollte.

Durch das Vorschalten des Dämpfungsgliedes reduziert sich der Abstand 
des gemessenen Signals zum Rauschabstand. Ist der Abstand zu gering, 
verändert sich dadurch das Ergebnis. Daher empfiehlt sich oft für den 
Test ein Dämpfungsglied mit geringer Dämpfung zu wählen (z.B. 3dB).

Das ist eine Aufzählung einiger Dinge, die zu beachten sind. Sicherlich 
habe ich die Hälfte vergessen. Ich hoffe, dass es dir dennoch weite 
hilft.


Gruß

Uwe

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Hast du den Vergleich auch mal auf einer höheren Oberwelle auch mal 
gemacht? Kann ja sein, das der Preamp einfach selber verzerrt, selbst 
wenn man ihn nicht übersteuert.

[Uwe M. (uwe_mettmann)]

@ Matthias S.

Meinst du mich? Der Test mit dem Dämpfungsglied funktioniert auch bei 
höheren Oberwellen. Aufgrund der Nichtlinearität eines Verstärkers 
ändern sich die Verzerrungen überproportional zur Grundwelle. Also, wenn 
man ein 3 dB Dämpfungsglied vor den Spek schaltet, reduziert sich die 
Grundwelle um 3 dB (solange der Verstärker noch nicht begrenzt) aber die 
Verzerrungen reduzieren sich wesentlich stärker. Das gilt auch für die 
höheren Oberwellen.


Gruß

Uwe

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Uwe M. schrieb:
> Meinst du mich?

Nö, ich meinte den TE.