HAMEG HM50142
Owner's Manual

Einführung in die Spektrum-Analyse Ist die kleinste ZF-Bandbreite z.B. 9kHz, dann ist der kleinste Frequenzabstand, um 2 Spektrallinien voneinander zu trennen, ebenfalls 9kHz. Dies ist deshalb der Fall, weil der SpektrumAnalysator seine eigene ZF-Filterkurve darstellt, wenn er ein Signal im Spektrum detektiert. Da die Auflösung des SpektrumAnalysators durch seine ZF-Filterbandbreite bestimmt wird, könnte man annehmen, dass bei unendlich schmaler Filterbandbreite auch eine unendlich hohe Auflösung erzielt werden kann. Die Einschränkung ist dabei, dass die nutzbare ZF-Bandbreite durch die Stabilität des Spektrum-Analysators (Rest-FM) begrenzt wird. D.h., bei einer Rest-FM des Spektrum-Analysators von z.B. 9kHz, ist die kleinste sinnvolle ZF-Bandbreite, die verwendet werden kann um ein einzelnes 9kHz-Signal zu bestimmen, ebenfalls 9kHz. Ein schmal-bandigeres ZF-Filter würde in diesem Fall mehr als eine Spektrallinie auf dem Bildschirm abbilden, oder ein jitterndes Bild (je nach Wobbelgeschwindigkeit), oder ein nur zum Teil geschriebenes Bild erzeugen. Au�erdem besteht eine weitere praktische Einschränkung für die schmalste Filterbandbreite: die Abtast- oder Scangeschwindigkeit im Verhältnis zur gewählten Filterbandbreite. Dabei gilt: je schmaler die Filterbandbreite ist, desto geringer muss die Scangeschwindigkeit sein, um dem Filter korrektes Einschwingen zu ermöglichen. Wird die Scangeschwindigkeit zu gro� gewählt, d.h. die Filter sind u.U. noch nicht eingeschwungen, so resultiert dies in unkorrekter Amplitudendarstellung des Spektrums. Im allgemeinen werden die einzelnen Spektrallinien dann mit zu niedriger Amplitude dargestellt. Auf diese Weise sind praktische Grenzen für die kleinste Filterbandbreite gesetzt. frequenz konvertiert und durchlaufen so die ZF-Filter. Der Detektor hinter dem ZF-Filter sieht nur den Rauschanteil, der innerhalb der schmalen Filterbandbreite liegt. Daher wird auf dem Sichtschirm nur das Rauschen dargestellt, welches innerhalb des Durchlassbereiches des ZF-Filters liegt. Bei der Messung diskreter Signale wird die maximale Empfindlichkeit 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 Spektrum-Analysators 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 dieses Filter, mit einer Bandbreite von wenigen kHz, wird das interne Rauschen des SpektrumAnalysators gemittelt. Dadurch wird unter Umständen ein sonst im Rauschen verstecktes Signal sichtbar. Wenn die ZF-Bandbreite sehr schmal im Verhältnis zum eingestellten SPAN ist, sollte das Video-Filter nicht eingeschaltet werden, da dies zu einer zu niedrig dargestellten Amplitude auf Grund der Bandbreiten-begrenzung führen kann. (Eine nicht zulässige Kombination der eingestellten Parameter wird durch die UNCAL. Anzeige im READOUT angezeigt).

Empfindlichkeit - Max. Eingangspegel
Die Spezifikation der Eingangsempfindlichkeit eines SpektrumAnalysators ist etwas willkürlich. Eine Möglichkeit der Spezifikation ist, die Eingangsempfindlichkeit als den Pegel zu definieren, bei dem die Signalleistung der mittleren Rauschleistung des Analysators entspricht. Da ein Spektrum-Analysator immer Signal plus Rauschen misst, erscheint bei Erfüllung dieser Definition das zu messende Signal 3 dB oberhalb des Rauschpegels. Die maximal zulässige Eingangsspannung für einen SpektrumAnalysator ist der Pegel, der zur Zerstörung (Burn Out) der Eingangsstufe führt. Dies ist bei einem Pegel von +10dBm für den Eingangsmischer, und +20 dBm für den Eingangsabschwächer der Fall. Bevor der ,,burn out"-Pegel erreicht wird, setzt eine Verstärkungskompression beim Spektrum-Analysator ein. Diese ist unkritisch, solange eine Kompression von 1dB nicht überschritten wird. Darüber hinaus kann davon ausgegangen werden, dass der Analysator Nichtlinearitäten auf Grund von �bersteuerung produziert. Au�erdem steigt die Gefahr einer unbemerkten �berlastung 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 nicht mehr den tatsächlichen Verhältnissen. Bei jeder Signalanalyse entstehen im Spektrum-Analysator selbst Verzerrungsprodukte, und zwar grö�tenteils verursacht durch die nichtlinearen Eigenschaften der Eingangsstufe. Sie bewegt sich beim HM 5012-2 / 5014-2 in der Grö�enordnung von >75 dB unterhalb des Eingangspegels, solange dieser nicht grö�er als 30dBm ist. Um grö�ere Eingangssignale verarbeiten zu können, ist dem Mischer ein Eingangsabschwächer vorgeschaltet. Das grö�te Eingangssignal, welches der Spektrum-Analysator bei jeder beliebigen Stellung des Abschwächers verarbeiten kann ohne ein bestimmtes Ma� an Verzerrungen zu überschreiten, wird der ,,optimale Eingangspegel" genannt. Das Signal wird dabei soweit abgeschwächt, dass der Mischer keinen grö�eren Pegel als -30dBm angeboten bekommt. Anderenfalls wird der

Rauschen
Die Empfindlichkeit ist ein Ma� für die Fähigkeit des SpektrumAnalysators, kleine Signale zu messen. Die maximale Empfindlichkeit 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 K T B = Rauschleistung in Watt = Boltzmann Konstante (1,38 � 10-23 Joule/K) = absolute Temperatur (K) = Bandbreite des Systems in Hz

Diese Gleichung zeigt, dass die Grö�e des Rauschens direkt proportional zur Bandbreite ist. Daraus folgt, dass eine Bandbreitenreduzierung der Filter um eine Dekade das Rauschen prinzipiell um 10dB senkt, was wiederum eine Empfindlichkeitssteigerung des Systems um 10dB bedingt. Alle weiteren Rauschquellen des Analysators werden als nichtthermisch angenommen. Unerwünschte Abstrahlungen, Verzerrungen auf Grund nichtlinearer Kennlinien und Fehlanpassungen sind Quellen von nicht-thermischem Rauschen. Unter der �bertragungsgüte oder Rauschzahl versteht man normalerweise 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 Empfindlichkeit eines Spektrum-Analysators. Da der Rauschpegel sich mit der Bandbreite ändert, ist es notwendig sich beim Empfindlichkeitsvergleich zweier Analysatoren auf die gleiche Filterbandbreite zu beziehen. Spektrumanalysatoren werden über ein breites Frequenz-band gewobbelt, sind aber eigentlich schmalbandige Messinstrumente. Alle Signale die im Frequenzbereich des Spektrum-Analysators liegen, werden auf eine Zwischen�nderungen vorbehalten

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