DEUTSCH
®
Instruments
Manual
Spektrumanalysatoren
HM5010/5011
MANUAL•HANDBUCH•MANUEL
Inhaltsverzeichnis
Datenblatt HM5010/HM5011 ...................................................................... 5
HZ560 Transient Limiter ................................................................................ 5
HZ530-Sondensatz für EMV-Diagnose (Lieferbares Zubehör) ..................... 6
Bedienungsanleitung ................................................................................... 8
Allgemeines ................................................................................................... 8
Symbole ......................................................................................................... 8
Aufstellung des Gerätes ................................................................................ 8
Sicherheit ....................................................................................................... 9
Betriebsbedingungen ................................................................................... 10
Garantie ........................................................................................................ 10
Netzspannungsumschaltung........................................................................ 11
Funktionsprinzip ........................................................................................... 12
Betriebshinweise ......................................................................................... 13
Bedienelemente........................................................................................... 15
Vertikale Kalibrierung.................................................................................... 20
Horizontale Kalibrierung ............................................................................... 21
Einführung in die Spektrum-Analyse ....................................................... 21
Grundlagen über Spektrum-Analysatoren .................................................... 22
Anforderungen an Spektrum-Analysatoren .................................................. 24
Frequenzmessung ....................................................................................... 24
Stabilität ....................................................................................................... 25
Auflösung ..................................................................................................... 25
Rauschen ..................................................................................................... 27
Video-Filter ................................................................................................... 28
Empfindlichkeit - Max. Eingangspegel ......................................................... 28
Frequenzgang............................................................................................... 30
Mitlaufgeneratoren....................................................................................... 30
Funktionstest des Spektrum-Analyzers HM5010/HM5011................... 32
Block Diagram HM5010/11 ....................................................................... 34
Frontbild HM5010 ........................................................................................ 35
Frontbild HM5011 ........................................................................................ 36
St.0797-Brü/Obh/Mei
2
Änderungen vorbehalten
KONFORMITÄTSERKLÄRUNG
DECLARATION OF CONFORMITY
DECLARATION DE CONFORMITE
Name und Adresse des Herstellers HAMEG GmbH
Manufacturer´s name and address Kelsterbacherstraße 15-19
Nom et adresse du fabricant D - 60528 Frankfurt
HAMEG S.a.r.l.
5, av de la République
F - 94800 Villejuif
Die HAMEG GmbH / HAMEG S.a.r.l bescheinigt die Konformität für das Produkt
The HAMEG GmbH / HAMEG S.a.r.l herewith declares conformity of the product
HAMEG GmbH / HAMEG S.a.r.l déclare la conformite du produit
®
Instruments
Bezeichnung / Product name / Designation:
Typ / Type / Type:
mit / with / avec:
Optionen / Options / Options:
mit den folgenden Bestimmungen / with applicable regulations / avec les directives suivantes
EMV Richtlinie 89/336/EWG ergänzt durch 91/263/EWG, 92/31/EWG
EMC Directive 89/336/EEC amended by 91/263/EWG, 92/31/EEC
Directive EMC 89/336/CEE amendée par 91/263/EWG, 92/31/CEE
Niederspannungsrichtlinie 73/23/EWG ergänzt durch 93/68/EWG
Low-Voltage Equipment Directive 73/23/EEC amended by 93/68/EEC
Directive des equipements basse tension 73/23/CEE amendée par 93/68/CEE
Angewendete harmonisierte Normen / Harmonized standards applied / Normes harmonisées utilisées
Sicherheit / Safety / Sécurité
EN 61010-1: 1993 / IEC (CEI) 1010-1: 1990 A 1: 1992 / VDE 0411: 1994
EN 61010-1/A2: 1995 / IEC 1010-1/A2: 1995 / VDE 0411 Teil 1/A1: 1996-05
Überspannungskategorie / Overvoltage category / Catégorie de surtension: II
Verschmutzungsgrad / Degree of pollution / Degré de pollution: 2
Elektromagnetische Verträglichkeit / Electromagnetic compatibility /
Compatibilité électromagnétique
EN 61326-1/A1
Störaussendung / Radiation / Emission: Tabelle / table / tableau 4; Klasse / Class / Classe B.
Störfestigkeit / Immunity / Imunitee: Tabelle / table / tableau A1.
EN 61000-3-2/A14
Oberschwingungsströme / Harmonic current emissions / Émissions de courant harmonique: Klasse / Class / Classe D.
EN 61000-3-3
Spannungsschwankungen u. Flicker / Voltage fluctuations and flicker /
Fluctuations de tension et du flicker.
Spektrum-Analysator/Spectrum Analyzer/Analyseur de spectre
HM5010 / 5011
-
-
Datum /Date /Date Unterschrift / Signature /Signatur
15.01.2001
E. Baumgartner
Technical Manager
Directeur Technique
Änderungen vorbehalten
3
Allgemeine Hinweise zur CE-Kennzeichnung
HAMEG Meßgeräte erfüllen die Bestimmungen der EMV Richtlinie. Bei der Konformitätsprüfung werden von HAMEG die gültigen Fachgrund- bzw. Produktnormen zu Grunde gelegt. In
Fällen wo unterschiedliche Grenzwerte möglich sind, werden von HAMEG die härteren Prüfbedingungen angewendet. Für die Störaussendung werden die Grenzwerte für den Geschäfts- und
Gewerbebereich sowie für Kleinbetriebe angewandt (Klasse 1B). Bezüglich der Störfestigkeit finden
die für den Industriebereich geltenden Grenzwerte Anwendung.
Die am Meßgerät notwendigerweise angeschlossenen Meß- und Datenleitungen beeinflußen die
Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte in erheblicher Weise. Die verwendeten Leitungen sind
jedoch je nach Anwendungsbereich unterschiedlich. Im praktischen Meßbetrieb sind daher in Bezug
auf Störaussendung bzw. Störfestigkeit folgende Hinweise und Randbedingungen unbedingt zu
beachten:
1. Datenleitungen
Die Verbindung von Meßgeräten bzw. ihren Schnittstellen mit externen Geräten (Druckern,
Rechnern, etc.) darf nur mit ausreichend abgeschirmten Leitungen erfolgen. Sofern die Bedienungsanleitung nicht eine geringere maximale Leitungslänge vorschreibt, dürfen Datenleitungen (Eingang/
Ausgang, Signal/Steuerung) eine Länge von 3 Metern nicht erreichen und sich nicht außerhalb von
Gebäuden befinden. Ist an einem Geräteinterface der Anschluß mehrerer Schnittstellenkabel
möglich, so darf jeweils nur eines angeschlossen sein.
Bei Datenleitungen ist generell auf doppelt abgeschirmtes Verbindungskabel zu achten. Als IEEEBus Kabel sind die von HAMEG beziehbaren doppelt geschirmten Kabel HZ72S bzw. HZ72L
geeignet.
2. Signalleitungen
Meßleitungen zur Signalübertragung zwischen Meßstelle und Meßgerät sollten generell so kurz
wie möglich gehalten werden. Falls keine geringere Länge vorgeschrieben ist, dürfen Signalleitungen (Eingang/Ausgang, Signal/Steuerung) eine Länge von 3 Metern nicht erreichen und sich
nicht außerhalb von Gebäuden befinden.
Alle Signalleitungen sind grundsätzlich als abgeschirmte Leitungen (Koaxialkabel - RG58/U) zu
verwenden. Für eine korrekte Masseverbindung muß Sorge getragen werden. Bei Signalgeneratoren
müssen doppelt abgeschirmte Koaxialkabel (RG223/U, RG214/U) verwendet werden.
3. Auswirkungen auf die Meßgeräte
Beim Vorliegen starker hochfrequenter elektrischer oder magnetischer Felder kann es trotz
sorgfältigen Meßaufbaues über die angeschlossenen Meßkabel zu Einspeisung unerwünschter
Signalteile in das Meßgerät kommen. Dies führt bei HAMEG Meßgeräten nicht zu einer Zerstörung
oder Außerbetriebsetzung des Meßgerätes.
Geringfügige Abweichungen des Meßwertes über die vorgegebenen Spezifikationen hinaus können
durch die äußeren Umstände in Einzelfällen jedoch auftreten.
Dezember 1995
HAMEG GmbH
4
Änderungen vorbehalten
Spektrumanalysator HM5010 u. HM5011
I Durchgehender Frequenzbereich von 0,15MHz bis 1GHz.
I 5stellige Digitalanzeige für Mitten- u. Marker-Frequenz (Aufl. 0,1MHz).
I Amplitudenbereich –100 bis +13dBm; 12,5kHz-, 400kHz- und Video-Filter.
I Tracking Generator (nur im HM 5011)
I Durchgehender Frequenzbereich von 0,1MHz bis 1GHz.
I Ausgangsspannung +1dBm bis –50dBm (an 50
Die Geräte HM5010 und HM5011 eignen sich für fast alle Arten der Signal-
analyse im Frequenzbereich von 0,15MHz bis 1GHz. Beide Modelle besitzen einen
sogenannten "Scanwidth"-Wähler. Mit diesem ist das auf dem Bildschirm sichtbare Frequenzspektrum zwischen 100kHz/cm und 100MHz/cm einstellbar. Vor
allem die damit verbundene höhere Auflösung in den kleineren Bereichen erlaubt
insbesondere die Analyse von schmalbandigen Signalen.
Ein anderer, qualitativ wesentlicher Gesichtspunkt ist, daß auch die Amplituden-
werte der dargestellten Signale recht genau erfaßbar sind. Der gesamte
Meßbereich, einschließlich der zuschaltbaren Eingangsteiler, erstreckt sich von –
100dBm bis +13dBm, wovon 80dB (10dB/cm) auf den Anzeigebereich der
Bildröhre entfallen. Selektive Pegelmessungen werden im "Zero-Scan"-Betrieb
durchgeführt.
Beide Geräte besitzen eine 5stellige Digitalanzeige, mit der wahlweise die
Mittenfrequenz oder die Markerfrequenz angezeigt wird. Zusammen mit letzterer
wird auf dem Bildschirm eine Markierung eingeblendet, welche die Bestimmung
der Frequenz wesentlich erleichtert.
ΩΩ
Ω).
ΩΩ
Im HM5011 befindet sich zusätzlich ein Tracking- (Mitlauf)-Generator, mit
dem auch Frequenzgang-Messungen an Vierpolen durchführbar sind. Dabei
handelt es sich um eine vom Spektrum-Analysator gesteuerte frequenzsynchrone
Signalquelle, deren Frequenzbereich von 100kHz bis 1GHz reicht. Der Ausgangspegel ist zwischen –50dBm und +1dBm in 10dB-Stufen und variabel veränderbar.
Die Geräte HM5010 und HM5011 sind äußerst preiswert. Sie erlauben
zahlreiche Anwendungen im gesamten Bereich der HF-Meßtechnik, wie z.B. bei
der qualitativen EMV-Messung. Dabei zeichnen sich die Geräte durch eine
gleichbleibend hohe Meßrate und äußerst geringe Störstrahlung aus. Mit ihrer
guten Ausstattung und der einfachen Bedienung sind sie wieder ein Beweis für
die überzeugende Leistungsfähigkeit von HAMEG-Produkten.
HZ560 Transient Limiter
Zum Schutz des Eingangskreises von Spektrumanalysatoren insbesondere bei der Verwendung
der Netznachbildung HM6050
Frequenzbereich: 150kHz-30MHz
Änderungen vorbehalten
5
Technische Daten
Frequenzeigenschaften
Frequenzbereich: 0.15MHz bis 1GHz (−3dB)
Genauigkeit Mittenfrequenz: ±100kHz
Genauigkeit Marker: ±(0.1% span + 100kHz)
Auflösung der Frequenzanzeige: 100kHz
(5 digit LED)
Frequenzhub: 100kHz/cm bis 100MHz/cm
mit 1-2-5 Teilung
+ 0Hz/cm. (Zero Scan)
Genauigkeit Frequenzhub: ±10%
Stabilität: Drift: <150kHz / Std.
ZF-Bandbreite ( −3dB):
Meßrate: 43Hz
Amplitudeneigenschaften
Bereich: −100dBm bis +13dBm
Anzeigebereich: 80dB (10dB / cm)
Referenzpegel: −27dBm bis +13dBm
(in 10dB Schritten)
Genauigkeit des Referenzpegels: ±2dB
Mittlerer Rauschpegel: −99dBm (12.5kHz FBB)
2. harmonische: <−75dBc
Intermodulation (3. harm.): −70dBc
(2 Signale im Abstand >3MHz)
Mittlere Ansprechschwelle:
<5dB über Grundrauschen
Auflösung bei Bandbreitenumschaltung:Auflösung bei Bandbreitenumschaltung:
Auflösung bei Bandbreitenumschaltung:±1dB
Auflösung bei Bandbreitenumschaltung:Auflösung bei Bandbreitenumschaltung:
Anzeigegenauigkeit: ±2dB
ZF-Verstärkung: Einstellbar um 10dB
Auflösung: 400kHz und 12.5kHz
Video-Filter ein: 4kHz
Eingangs-Characteristiken
Eingangsimpedanz: 50Ω
HF-Eingang: BNC-Buchse
Abschwächer: 0 bis 40 dB (4 x 10dB)
Genauigkeit d. Abschwächers: ±1dB
Max. Eingangspegel: +20dBm (0.1W)
dauernd mit 40dB Abschwächung.
+10dBm, ±25V
mit 0dB Abschwächung
DC
Tracking Generator
Bereich Ausgangspegel: −50dBm to +1dBm
(in 10dB Stufen und variabel)
Ausgangsabschwächer: 0 bis 40dB (4 x 10dB)
Genauigkeit des Abschwächers: ±1dB
Ausgangsimpedanz: 50Ω (BNC-Buchse)
Frequenzbereich: 0.1MHz bis 1GHz
Frequenzgang: ±1.5dB
HF-Störung: <20dBc
Allgemeines
Betriebsbedingungen: 10° bis 50°C
Röhre: 8 x 10cm; Innenraster
Strahldrehung: auf Frontseite einstellbar
Netzanschluß: 115 / 230V, 50-60Hz
Leistungsaufnahme: 20W max.
Schutzart: Schutzklasse I (VDE 0411)
Gewicht: ca. 6kg
Gehäusemaße: B 285, H 125, T 380mm
Mit verstellbarem Aufstell-Tragegriff
HZ530-Sondensatz für EMV-Diagnose (Lieferbares Zubehör)
Der HZ530ven Breitbandsonden für die EMV-Diagnose
in der
pen
eine aktive Magnetfeldsonde (H-Feld-Sonde),
einen aktiven E-Feld-Monopol und eine aktive
Hochimpedanzsonde. Die Sonden sind zum
Anschluß an einen Spektrumanalysator vorgesehen und haben daher einen koaxialen
Ausgang mit einem Wellenwiderstand von
50Ω. Die H-Feld-Sonde gibt einen der magnetischen Wechsel-Feldstärke proportionalen
6
Sondensatz
Entwicklung
besteht aus drei akti-
elektronischer
und Geräte auf Laborebene. Er enthält
Änderungen vorbehalten
Baugrup-
Pegel ab. Mit ihr können Störquellen in elektronischen Baugruppen relativ eng lokalisiert
werden und Abschirmungen auf „undichte“
Stellen untersucht werden.
Die Hochimpedanzsonde ermöglicht eine
Untersuchung des Störpegels auf einzelnen Kontakten oder Leiterbahnen. Sie belastet den zu prüfenden Meßpunkt mit nur
2pF. Dadurch kann direkt in der Schaltung
gemessen werden, ohne nennenswerte
Veränderungen der Verhältnisse durch den
Meßeingriff. Der E-Feld-Monopol wird z.B.
verwendet, um die Wirkung von Abschirmmaßnahmen zu prüfen. Mit ihm kann auch
die Gesamtwirkung von Filtermaßnahmen
beurteilt werden, soweit sie etwa das
Gerätegehäuse verlassende Kabel und Lei-
tungen betreffen. Ferner kann man mit
dem E-Feld-Monopol Relativmessungen zu
Abnahmeprotokollen durchführen. Die Sonden haben je nach Typ eine Bandbreite von
100kHz bis über 1000MHz.
Der Anschluß der Sonden an Spektrumanalysator, Meßempfänger oder Oszilloskop
erfolgt über ein ca. 1,5m langes BNC-Koaxialkabel. Die in den Sonden schon eingebauten
Vorverstärker (Verstärkung ca. 30 dB) erübrigen
den Einsatz von externen Zusatzgeräten. Die
Sonden werden entweder durch einsetzbare
Batterien/Akkus betrieben oder können direkt
aus dem HAMEG Spektrumanalysat or HM5010
mit Spannung versorgt werden. Mittels eines
Akkusatzes hat jede Sonde eine Betriebsdauer
von ca. 20 - 30 Stunden.
SCALE = 10dB/DIV.
Frequenzbereich
E-Feld-Monopol (typisch)
SCALE = 10dB/DIV.
Frequenzbereich
H-Feld-Sonde (typisch)
SCALE = 10dB/DIV.
Frequenzbereich
Hochimpedanzsonde (typisch)
Technische Daten:
Frequenzbereiche: 100kHz – 1.0GHz
Versorgungsspannung: 6V aus HM5010 oder Batterie
Stromaufnahme: ca. 10-24 mA
Sondenmaße: 40x19x195mm
Gehäuse: Kunststoff, innen elektrisch geschirmt
Lieferform: 3 Sonden im Transportkoffer
Änderungen vorbehalten
1 BNC-Kabel 1,5m
1 Spannungsversorgungskabel
Batterien (Type Mignon) gehören nicht zum Lieferumfang
7
Bedienungsanleitung
Allgemeines
Sofort nach dem Auspacken sollte das Gerät auf mechanische
Beschädigungen und lose Teile im Innern überprüft werden. Falls
ein Transportschaden vorliegt, ist sofort der Lieferant zu informieren. Das Gerät darf dann nicht in Betrieb gesetzt werden.
Symbole
Bedienungsanleitung beachten
Hochspannung
Erde
Aufstellung des Gerätes
Für die optimale Betrachtung des Bildschirmes kann das Gerät in drei
verschiedenen Positionen aufgestellt werden (siehe Bilder C, D, E).
Wird das Gerät nach dem Tragen senkrecht aufgesetzt, bleibt der
Griff automatisch in der Tragestellung stehen, siehe Abb. A.
Will man das Gerät waagerecht auf eine Fläche stellen, wird der
Griff einfach auf die obere Seite des Gerätes gelegt (Abb. C). Wird
eine Lage entsprechend Abb. D gewünscht (10° Neigung), ist der
Griff, ausgehend von der Tragestellung A, in Richtung Unterkante
zu schwenken bis er automatisch einrastet. Wird für die Betrachtung eine noch höhere Lage
des Bildschirmes erforderlich,
zieht man den Griff wieder
aus der Raststellung und
drückt ihn weiter nach hinten,
bis er abermals einrastet (Abb.
E mit 20° Neigung).
Der Griff läßt sich auch in eine
Position für waagerechtes Tragen bringen. Hierfür muß man
diesen in Richtung Oberseite
schwenken und, wie aus Abb. B ersichtlich, ungefähr in der Mitte
schräg nach oben ziehend einrasten. Dabei muß das Gerät gleichzeitig angehoben werden, da sonst der Griff sofort wieder ausrastet.
8
Änderungen vorbehalten
Sicherheit
Dieses Gerät ist gemäß VDE 0411 Teil 1, Sicherheitsbestimmungen für elektrische Meß-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte,
gebaut und geprüft und hat das Werk in sicherheitstechnisch
einwandfreiem Zustand verlassen. Es entspricht damit auch den
Bestimmungen der europäischen Norm EN 61010-1 bzw. der
internationalen Norm IEC 1010-1. Um diesen Zustand zu erhalten
und einen gefahrlosen Betrieb sicherzustellen, muß der Anwender
die Hinweise und Warnvermerke beachten, die in dieser Bedienungsanleitung, im Testplan und in der Service-Anleitung enthalten sind.
Gehäuse, Chassis und alle Meßanschlüsse sind mit
dem Netzschutzleiter verbunden.
Das Gerät entspricht den Bestimmungen der Schutzklasse I.
Die berührbaren Metallteile sind gegen die Netzpole mit 2200V
Gleichspannung geprüft.
Durch Verbindung mit anderen Netzanschlußgeräten können u.U.
netzfrequente Brummspannungen im Meßkreis auftreten. Dies ist
bei Benutzung eines Schutz-Trenntransformators der Schutzklasse
II leicht zu vermeiden. Das Gerät darf aus Sicherheitsgründen nur an
vorschriftsmäßigen Schutzkontaktsteckdosen betrieben werden.
Der Netzstecker muß eingeführt sein, bevor Signal-
stromkreise angeschlossen werden. Die Auftrennung
der Schutzkontaktverbindung ist unzulässig.
Änderungen vorbehalten
Die meisten Elektronenröhren generieren γ-Strahlen. Bei diesem
Gerät bleibt die Ionendosisleistung weit unter dem gesetzlich
zulässigen Wert von 36 pA/kg.
Wenn anzunehmen ist daß ein gefahrloser Betrieb nicht mehr
möglich ist, so ist das Gerät außer Betrieb zu setzen und gegen
unabsichtlichen Betrieb zu sichern. Diese Annahme ist berechtigt,
• wenn das Gerät sichtbare Beschädigungen hat,
• wenn das Gerät lose Teile enthält,
• wenn das Gerät nicht mehr arbeitet,
• nach längerer Lagerung unter ungünstigen Verhältnissen
(z.B. im Freien oder in feuchten Räumen),
• nach schweren Transportbeanspruchungen
(z.B. mit einer Verpackung, die nicht den Mindestbedingungen von Post, Bahn oder Spedition entsprach).
9
Betriebsbedingungen
Der zulässige Umgebungstemperaturbereich während des Betriebs
reicht von +10°C... +40°C. Während der Lagerung oder des Transports darf die Temperatur zwischen -40°C und +70°C betragen. Hat
sich während des Transports oder der Lagerung Kondenswasser
gebildet, muß das Gerät ca. 2 Stunden aklimatisiert werden, bevor
es in Betrieb genommen wird. Das Meßgerät ist zum Gebrauch in
sauberen, trockenen Räumen bestimmt. Es darf nicht bei besonders
großem Staub- bzw. Feuchtigkeitsgehalt der Luft, bei Explosionsgefahr sowie bei aggressiver chemischer Einwirkung betrieben werden. Die Betriebslage ist beliebig. Eine ausreichende Luftzirkulation
(Konvektionskühlung) ist jedoch zu gewährleisten. Bei Dauerbetrieb
ist folglich eine horizontale oder schräge Betriebslage (Aufstellbügel)
zu bevorzugen.
Garantie
Jedes Gerät durchläuft vor dem Verlassen der Produktion einen
Qualitätstest mit 10-stündigem ,,burn-in”. Im intermittierenden
Betrieb wird dabei fast jeder Frühausfall erkannt. Dem folgt ein
100% Test jedes Gerätes, bei dem alle Betriebsarten und die
Einhaltung der technischen Daten geprüft werden.
Dennoch ist es möglich, daß ein Bauteil erst nach längerer Betriebsdauer ausfällt. Daher wird auf alle Geräte eine Funktionsgarantie
von 2 Jahren gewährt. Voraussetzung ist, daß im Gerät keine
Veränderungen vorgenommen wurden. Für Versendungen per Post,
Bahn oder Spedition wird empfohlen, die Originalverpackung zu
verwenden. Transport- oder sonstige Schäden, verursacht durch
grobe Fahrlässigkeit, werden von der Garantie nicht erfaßt.
Bei einer Beanstandung sollte man am Gehäuse des Gerätes eine
stichwortartige Fehlerbeschreibung anbringen. Wenn dabei gleich
der Name und die Telefon-Nr. (Vorwahl und Ruf- bzw. Durchwahl-Nr.
oder Abteilungsbezeichnung) für evtl. Rückfragen angegeben wird,
dient dies einer beschleunigten Abwicklung.
Wartung
Verschiedene wichtige Eigenschaften des Spektrum-Analysators
sollten in gewissen Zeitabständen sorgfältig überprüft werden. Nur
so besteht eine weitgehende Sicherheit, daß alle Signale mit der
den technischen Daten zugrundeliegenden Exaktheit dargestellt
werden.
Die Außenseite des Spektrum-Analysators sollte regelmäßig mit
einem Staubpinsel gereinigt werden. Hartnäckiger Schmutz an
Gehäuse und Griff, den Kunststoff- und Aluminiumteilen läßt sich
mit einem angefeuchteten Tuch (Wasser +1% Entspannungsmittel)
10
Änderungen vorbehalten
entfernen. Bei fettigem Schmutz kann Brennspiritus oder Waschbenzin (Petroleumäther) benutzt werden. Die Sichtscheibe darf nur
mit Wasser oder Waschbenzin (aber nicht mit Alkohol oder Lösungsmitteln) gereinigt werden, sie ist dann noch mit einem trockenen, sauberen, fusselfreien Tuch nachzureiben. Nach der Reinigung
sollte sie mit einer handelsüblichen antistatischen Lösung, geeignet
für Kunststoffe, behandelt werden. Keinesfalls darf die Reinigungsflüssigkeit in das Gerät gelangen. Die Anwendung anderer Reinigungsmittel kann die Kunststoff- und Lackoberflächen angreifen.
Netzspannungsumschaltung
Bei Lieferung ist das Gerät auf 230V Netzspannung eingestellt. Die
Umschaltung auf 115V erfolgt am Netzspannungsumschalter mittels eines kleinen Schraubenziehers, der in den dafür vorgesehenen
Schlitz zu stecken ist. Der Netzspannungsumschalter befindet sich
hinter einer Öffnung auf der Geräterückwand und zeigt die eingestellte Netzspannung an.
Die Netzspannungsumschaltung darf nur erfolgen,
wenn zuvor das Netzkabel aus der Netzsteckerbuchse
Dann müssen die Netzsicherungen entfernt und durch Sicherungen
ersetzt werden, die der gewählten Netzspannung entsprechen
(siehe Tabelle). Netzsteckerbuchse und Sicherungshalter bilden
eine Einheit und sind (auf der Geräterückseite) von außen zugänglich. Mit einem geeigneten Schraubenzieher (Klingenbreite ca.
2mm) werden die, an der linken und rechten Seite des Sicherungshalters befindlichen, Kunststoffarretierungen nach Innen gedrückt.
Der Ansatzpunkt ist am Gehäuse mit zwei schrägen Führungen
markiert. Beim Entriegeln wird der Sicherungshalter durch Druckfedern nach außen gedrückt und kann entnommen werden. Jede
Sicherung kann dann entnommen und ebenso ersetzt werden. Es
ist darauf zu achten, daß die zur Seite herausstehenden Kontaktfedern nicht verbogen werden. Das Einsetzen des Sicherungshalters
ist nur möglich, wenn der Führungssteg zur Buchse zeigt. Der
Sicherungshalter wird gegen den Federdruck eingeschoben, bis
beide Kunstoffarretierungen einrasten.
Die Verwendung ,,geflickter” Sicherungen oder das Kurzschließen
des Sicherungshalters ist unzulässig. Dadurch entstehende Schäden fallen nicht unter die Garantieleistungen.
entfernt wurde.
Änderungen vorbehalten
11
Sicherungstype:
Größe 5 x 20 mm; 250V~, C;
IEC 127, Bl. III; DIN 41 662
(evtl. DIN 41 571, Bl. 3).
Abschaltung: träge (T)
Netzspannung 115V~ ±10%: Sich. Nennstrom T 315mA
Netzspannung 230V~ ±10%: Sich. Nennstrom T 160mA
Funktionsprinzip
Der HM5010/11 ist ein Spektrumanalysator für den Frequenzbereich von 150kHz bis 1050 MHz
Damit lassen sich Spektralkomponenten elektrischer Signale im
Frequenzbereich von 0,15MHz bis 1050MHz erfassen. Das zu
erfassende Signal bzw. seine Anteile müssen sich periodisch
wiederholen. Im Gegensatz zu Oszilloskopen, mit denen im YtBetrieb Amplituden auf der Zeitebene dargestellt werden, erfolgt
mit dem Spektrum-Analysator die Darstellung der Amplituden
auf der Frequenzebene (Y/f). Dabei werden die einzelnen Spektralkomponenten sichtbar, aus denen sich “ein Signal” zusammensetzt. Im Gegensatz dazu zeigt ein Oszilloskop das aus den
einzelnen Spektralkomponenten bestehende Signal als daraus
resultierende Signalform.
Nenndaten mit Toleranzangaben gelten nach einer Anwärmzeit von min. 60 Minuten und bei einer Umgebungstemperatur von 23°C ± 2°C. Werte ohne Toleranzangabe
sind Richtwerte eines durchschnittlichen Gerätes.
12
Der Spektrum-Analysator arbeitet nach dem Prinzip des DreifachSuperhet-Empfängers. Das zu messende Signal (f
= 0,15MHz -
in
1050MHz) wird der 1. Mischstufe zugeführt und mit dem Signal
eines variablen Oszillators (f
gemischt. Dieser Oszillator wird als 1
net. Die Differenz von Eingangs- und Oszillator-Signal (f
von ca. 1350MHz - ca. 2350MHz)
osz
st
LO (Local Oscillator) bezeich-
- fin = fZF)
LO
gelangt als 1. Zwischenfrequenz-Signal über ein auf 1350MHz
abgestimmtes Filter auf eine Verstärkerstufe. Dieser folgen 2
weitere Mischstufen, Oszillatoren, Verstärker und Bandfilter für die
jeweilige Zwischenfrequenz, 2.ZF = 29,875MHz und 3.ZF = 2,75MHz.
In der dritten ZF-Stufe wird das Signal wahlweise über ein Bandfilter
mit 400kHz oder 20kHz Bandbreite geführt und gelangt auf einen
Änderungen vorbehalten
AM-Demodulator. Das Signal (Video-Signal) wird logarithmiert und
gelangt direkt oder über einen Tiefpaß (Videofilter) auf einen Verstärker, der die Y-Ablenkplatten der Strahlröhre ansteuert. Mit zunehmender Signalamplitude wird der Elektronenstrahl in Richtung oberer Rasterrand abgelenkt. Der Anzeigebereich des Bildschirms umfaßt 80dB entsprechend 10dB/DIV. (cm).
Die X-Ablenkung der Strahlröhre erfolgt mit einer sägezahnförmigen Spannung. Die vom Sägezahn-Generator stammende
Spannung kann auch einer Gleichspannung überlagert werden,
mit der die Mittenfrequenz des ersten Oszillators (1
dert wird. Abhängig vom Spannungshub der Sägezahnspannung,
die mit der SCANWIDTH-(Scanwidth = Abtastbreite)-Einstellung
bestimmt wird, erfaßt der Spektrum-Analysator einen bestimmten Frequenzbereich. Im ZERO SCAN-Betrieb bestimmt nur die
Gleichspannung die Frequenz des ersten Oszillators, d.h. es wird
nur eine Frequenz dargestellt.
Betriebshinweise
Für den Betrieb des Gerätes sind keine besonderen Vorkenntnisse
erforderlich. Die übersichtliche Gliederung der Frontplatte und die
Beschränkung auf die wesentlichen Funktionen erlauben ein effizientes Arbeiten sofort nach der Inbetriebnahme.
st
LO) geän-
Vor der Inbetriebnahme des HM5010/11 ist unbedingt der
Abschnitt "Sicherheit" zu lesen und die darin enthaltenen
Hinweise zu beachten.
Änderungen vorbehalten
Trotzdem sollten einige grundsätzliche Hinweise für den störungsfreien Betrieb beachtet werden.
Die empfindlichste Baugruppe ist die Eingangsstufe des SpektrumAnalysators. Sie besteht aus dem Eingangssignal-Abschwächer,
einem Tiefpaßfilter und der ersten Mischstufe.
Ohne Eingangssignal-Abschwächung dürfen folgende Pegel
am Eingang (50Ω) nicht überschritten werden: +10dBm (0,7V
)
eff
Wechselspannung; ±25Volt Gleichspannung. Mit 40dB Abschwächung sind maximal +20dBm zulässig.
Diese Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden!
Bei Messungen an einer Netznachbildung ist der Eingang des
Spektrumanalysators unbedingt durch einen Eingangspannungs-
13
begrenzer (HZ560) zu schützen.Andernfalls besteht die Gefahr,
daß der Eingangssignal-Abschwächer und/oder die erste Mischstufe zerstört werden.
Bei der Untersuchung von unbekannten Signalen, sollte zunächst
geprüft werden, ob unzulässig hohe Spannungen vorliegen. Außerdem ist es empfehlenswert, die Messung mit maximaler
Abschwächung und dem maximal erfaßbaren Frequenzbereich
(0,15MHz - 1050MHz) zu beginnen. Trotzdem ist zu berücksichtigen, daß unzulässig hohe Signalamplituden auch außerhalb des
erfaßten Frequenzbereichs vorliegen können, aber nicht angezeigt werden (z.B. 1200MHz).
Der Frequenzbereich von 0Hz bis 150kHz ist für den SpektrumAnalysator nicht spezifiziert. In diesem Bereich angezeigte Spektralkomponenten sind bezüglich ihrer Amplitude nur bedingt auswertbar.
Eine besonders hohe Einstellung der Intensität (INTENS.) ist nicht
erforderlich, weil im Rauschen versteckte Signale dadurch nicht
deutlicher sichtbar gemacht werden können. Im Gegenteil, wegen des dabei größer werdenden Strahldurchmessers werden
solche Signale, auch bei optimaler Schärfeeinstellung (FOCUS),
schlechter erkennbar. Normalerweise sind auf Grund des
Darstellungsprinzips beim Spektrum-Analysator alle Signale schon
bei relativ geringer Intensitätseinstellung gut erkennbar. Außerdem wird damit eine einseitige Belastung der Leuchtschicht - im
Bereich des Rauschens - vermindert.
Bedienelemente
14
Auf Grund des Umsetzungsprinzips moderner SpektrumAnalysatoren ist bei einer eingestellten Mittenfrequenz von 0MHz
auch ohne anliegendes Signal eine Spektrallinie auf dem Bildschirm sichtbar. Sie ist immer dann sichtbar, wenn die Frequenz
st
des 1
LO in den Bereich der 1. Zwischenfrequenz fällt. Man
bezeichnet dies als LO-Durchgriff (Local-Oscillator Durchgriff). Die
dargestellte Filterkurve entspricht dem Dämpfungsverlauf der ZFFilter. Der Pegel dieser Spektrallinie ist von Gerät zu Gerät verschieden. Eine Abweichung von der vollen Bildschirmhöhe stellt also
keine Fehlfunktion des Gerätes dar.
(1) INTENS: Einsteller für die Strahlhelligkeit (Intensität). Die
Strahlintensität sollte nicht heller eingestellt sein, wie es die
Umgebungshelligkeit unbedingt erfordert.
Änderungen vorbehalten
(2) FOCUS: Strahlschärfe-Einsteller.
(3) POWER: Der Netz-Tastenschalter, mit den Symbolen für die
Ein- (ON) und Aus (OFF)-Stellung. Wird der Netztastenschalter in die
Stellung ON geschaltet, dauert es ca. 10 Sekunden bis am unteren
Rasterrand der Strahlröhre die Basislinie (Rauschband) sichtbar wird.
(4) TR: Mit dem TR (Trace rotation = Strahldrehung)-Potentiometer läßt sich mit einem Schraubenzieher der Einfluß des
Erdmagnetfeldes, der trotz Mumetall-Abschirmung der Bildröhre
unvermeidbar ist, auf die Strahlablenkung ausgleichen. Die Basislinie kann so beeinflußt werden, daß sie fast parallel zur untersten
Rasterlinie verläuft. Eine geringfügige kissenförmige Ablenkverzeichnung ist unvermeidbar.
(5) MARKER - ON/OFF: Befindet sich der MARKER-Schalter in
Stellung OFF, leuchtet die CF-Anzeige und das Display zeigt die
Mittenfrequenz. In ON-Stellung leuchtet die MK-Anzeige und das
Display zeigt die Marker (Markierungs)-Frequenz an.
Vor dem Ablesen des Pegels vom Bildschirmraster
muß der MARKER unbedingt abgeschaltet werden,
da sonst falsche Amplitudenwerte ermittelt werden.
(6) CF / MK – Anzeige
Die Anzeige CF leuchtet, wenn sich die MARKER-Drucktaste (5) in
der OFF (AUS)-Stellung befindet. Dann zeigt das daneben befindliche Display die Mittenfrequenz (CF = Center Frequency) an. Die
Mittenfrequenz ist die Frequenz, welche in der Mitte der Strahlröhren-X-Achse dargestellt wird. Befindet sich die MARKER-Druck-
taste (5) in der ON (EIN)-Stellung, leuchtet MK auf. Der Marker wird
als senkrechte Nadel auf dem Bildschirm angezeigt. Die Markerfrequenz ist mit dem MARKER-Einstellknopf veränderbar und wird
zur Frequenzermittelung mit einer Spektrallinie zur Deckung gebracht (Schwebung). Das Display zeigt dann die Frequenz der auf
dem Bildschirm eingeblendeten Markierung an. Frequenzen von
Spektrallinien, die nicht zufällig Deckungsgleich mit einer senkrechten Rasterlinie sind, lassen sich damit leichter bestimmen.
Änderungen vorbehalten
(7) 5stellige Digitalanzeige mit 100kHz Auflösung
(8) UNCAL.: Diese Anzeige blinkt, wenn die Amplituden unkor-
rekt angezeigt werden. Dies ist der Fall, wenn der erfaßte Frequenzbereich (SCANWIDTH), gegenüber der ZF-Bandbreite (20kHz) bzw.
15
der Bandbreite des Videofilters (4kHz), zu groß ist. Es muß dann
ohne Filter gemessen werden oder der erfaßte Frequenzbereich
muß verringert werden (SCANWIDTH).
(9) CENTER FREQ. - FINE: Beide Drehknöpfe dienen der Mittenfrequenz-Einstellung. Die Funktion des FINE (Fein)-Einstellers ist
selbsterklärend. Die Mittenfrequenz wird auf der mittleren senkrechten Rasterlinie des Bildschirms angezeigt.
(10) BANDWIDTH: Bewirkt die Umschaltung der ZF (Zwischenfrequenz)-Bandbreite von 400kHz auf 20kHz. Mit geringer ZF-Bandbreite verringert sich das Rauschen und die Nahselektion wird
besser. Relativ dicht benachbarte Spektrallinien sind dann noch
einzeln erfaßbar. Wegen der längeren Einschwingzeit von Filtern
mit niedriger Bandbreite, führt dies bei der Erfassung von zu großen
Frequenzbereichen (SCANWIDTH) zu Amplitudenfehlern (UNCAL.-
Anzeige blinkt).
(11) VIDEOFILTER: Bei der Messung kleiner Pegelwerte, die in
der Größenordnung des durchschnittlichen Rauschens liegen, kann
das Video-Filter (Tiefpaß) zur Rauschminderung eingesetzt werden.
Dadurch lassen sich unter Umständen noch schwache Signale
erkennen, die ansonsten im Rauschen untergehen würden. Auch
hierbei ist zu beachten, daß ein zu großer Frequenzbereich
(SCANWIDTH) bei eingeschaltetem Video-Filter unkorrekte
Amplitudenwerte liefert (UNCAL-Anzeige blinkt).
16
(12) Y-POS.: Einstellung der vertikalen Strahlposition.
(13) INPUT: 50Ω-Eingang des Spektrum-Analysators. Ohne Ein-
gangssignal-Abschwächung beträgt die maximal zulässige Eingangsspannung ±25V Gleichspannung bzw. +10dBm Wechselspannung. Bei höchster Eingangssignal-Abschwächung (40dB) sind
maximal +20dBm zulässig. Diese Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden.
Der nutzbare Dynamikbereich beträgt 70dB. Höhere, den Referenzpegel (oberste Rasterlinie) überschreitende, Signalpegel führen zur
Begrenzung (Kompression) und zum Entstehen unerwünschter
Mischprodukte. Es ist daher darauf zu achten, daß keine Spektrallinie den Referenzpegel überschreitet. Anderfalls ist das Eingangssignal stärker abzuschwächen.
Änderungen vorbehalten
(14) ATTN.: Eingangssignal-Abschwächer (Attenuator) bestehend aus vier 10dB Abschwächern, mit denen das Eingangssignal
abgeschwächt werden kann. Alle Abschwächer sind in ihrer Funktion gleichwertig und werden wirksam, wenn die jeweilige Drucktaste eingerastet ist. Es ist daher ohne Bedeutung welche Abschwächer benutzt werden.
Der Zusammenhang zwischen eingestellter Abschwächung und
dem daraus resultierenden Referenzpegel, sowie dem Pegel der
Basislinie geht aus folgender Tabelle hervor.
Abschwächung Referenzpegel Basislinie
0dB -27dBm 10mV -107dBm
10dB -17dBm 31.6mV -97dBm
20dB - 7dBm 0.1V -87dBm
30dB + 3dBm 316mV -77dBm
40dB +13dBm 1V -67dBm
Der Referenzpegel wird auf der obersten horizontalen Rasterlinie
angezeigt. Die unterste Rasterlinie ist die Basislinie. Das Raster ist
in vertikaler Richtung in 10dB Schritten skaliert.
An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, daß die max.
zulässigen Eingangsspannungen nicht überschritten werden dürfen. Dieses ist insbesondere deshalb wichtig, weil ein SpektrumAnalysator auf Grund seines Anzeigeprinzips unter Umständen nur
ein Teilspektrum des gerade anliegenden Signals darstellt; d.h. es
können, außerhalb des sichtbar dargestellten Frequenzbereiches
Pegel am Eingang anliegen, die zur Zerstörung der Eingangsstufen
führen können. Siehe auch INPUT.
Änderungen vorbehalten
Bevor ein Eingangssignal angelegt wird, sollte daher zu Beginn einer
Messung mit größtmöglicher Abschwächung und mit größtmöglich
erfaßbarem Frequenzbereich (SCANWIDTH = 100MHz/DIV.) gearbeitet werden. Damit werden zumindest alle Signale erfaßt, die, bei
einer Mittenfrequenz-Einstellung von 500MHz, innerhalb des maximal meß- und darstellbaren Frequenzbereiches liegen. Verschiebt
sich die Frequenzbasislinie (Rauschband) nach oben, wenn die
Eingangssignal-Abschwächung verringert wird, ist dies ein mögliches Indiz für eine außerhalb des Frequenzbereichs befindliche
Spektrallinie mit zu hoher Amplitude.
17
(15) SCANWIDTH: In dem mit SCANWIDTH (Abtastbreite bzw.
Erfassungsbreite) bezeichneten Feld befinden sich Anzeigen, von
denen jeweils eine die Frequenzbereichsbreite signalisiert. Die
Erfassungsbreite kann mit der rechten, unterhalb der Anzeige
befindlichen, Drucktaste schrittweise vergrößert und mit der linken
Drucktaste verringert werden; die Umschaltung erfolgt in 1-2-5
Folge von 100kHz/DIV. bis 100MHz/DIV.
Die Breite des erfaßten Frequenzbereiches wird in MHz/DIV. (MHz/
cm) angegeben. Sie bezieht sich auf die Rasterlinienabstände der
horizontal verlaufenden Frequenzachse auf dem Bildschirm. Auf der
mittleren vertikalen Rasterlinie befindet sich die Mittenfrequenz
(CENTER FREQ.). Mit SCANWIDTH-Einstellungen unter 100MHz
wird ein gedehnter Teilausschnitt aus dem Gesamtfrequenzbereiches erfaßt, dessen Mittenfrequenz mit den CENTER FREQ.Einsteller bestimmt wird.
Bei einer SCANWIDTH-Einstellung von 100MHz/DIV. (full span =
volle Bereichserfassung) ist die Frequenzachse in 100MHz Schritten je (senkrechter) Rasterlinie skaliert. Ausgehend von der mittleren Rasterlinie erhöht sich die Frequenz um jeweils 100MHz je
Zentimeter in Richtung rechter Rasterrand. Die Frequenz einer dort
dargestellten Spektrallinie beträgt somit 500MHz + 5x100MHz =
1000MHz. Sinngemäß verringert sich die Frequenz in Richtung
linker Rasterrand. Die äußerste linke Rasterlinie entspricht in diesem Falle 0MHz.
18
An der linken Bildschirmseite ist bei der vorgenannten Einstellung
eine Spektrallinie zu sehen, die als “Nullfrequenz-Marke” bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um den 1st LO (1. Oszillator), der
sichtbar wird, wenn seine Frequenz in den Durchlaßbereich des
1.ZF-Filters fällt. Auch bei anderen Mittenfrequenz- und SCANWIDTHEinstellungen kann die “Nullfrequenz-Marke” sichtbar werden. Der
Pegel der “Nullfrequenz-Marke” ist von Gerät zu Gerät verschieden
und nicht als Referenzpegel zu verwenden.
Links von dieser Marke können Spektren sichtbar werden. Es
handelt sich dabei um die Spiegelfrequenzdarstellung.
In der ZERO SCAN-Einstellung arbeitet der Spektrum-Analysator
als ein auf eine diskrete Frequenz abgestimmter Empfänger mit
wählbarer Bandbreite. Die Frequenz wird mit den CENTER FREQ.Einstellern bestimmt. Es erfolgt die Anzeige des Pegels der Spektren, welche über die ZF-Filter zur Demodulation gelangen.
Änderungen vorbehalten
Direkt unter dem Bildschirm befinden sich die Einsteller (16) X-
POS. (X-Position), (17) X-AMPL. (X-Amplitude).
ACHTUNG: Diese Einsteller betreffen die Frequenz-Genauigkeit
und müssen normalerweise nicht verändert werden. Eine Änderung der Einsteller darf nur erfolgen, wenn ein HF-Generator mit
ausreichender Genauigkeit (z.B. HAMEG HM8133) zur Verfügung
steht.
(18) PHONE (Kopfhörer anschluß) und (19) VOL (Lautstärkeregler
für Kopfhörer). (20) PROBE POWER (6V Spannungs-Ausgang für
Tastköpfe HZ530).
ACHTUNG: Der Kopfhörer sollte einen 3,5mm Klinkenstecker
besitzen und eine Impedanz > 8Ω haben.
Der Spannungversorgungsausgang ist nur zum Betrieb der Sonden HZ530 vorgesehen. Das dazu notwendige spezialkabel ist
dem Sondensatz beigefügt.
(21) LEVEL: (nicht im HM5010 enthalten)
Mit dem LEVEL (Pegel)-Feinsteller kann der Ausgangspegel des
Tracking Generators variabel um 11dBm (-10dBm bis +1dBm)
verändert werden.
(22) TRACK. GEN. : (nicht im HM5010 enthalten)
Wird diese Drucktaste eingerastet (ON), ist der TRACKING GENERATOR (Mitlaufgenerator) eingeschaltet. An der mit OUTPUT
bezeichneten BNC-Buchse ist dann ein Sinus-Signal entnehmbar,
dessen Frequenz(en) durch den Spektrum-Analysator bestimmt
wird. Leuchtet die ZERO SCAN-Anzeige, liegt die Mittenfrequenz
am Ausgang an.
Änderungen vorbehalten
(23) OUTPUT: ( nicht im HM5010 enthalten)
50Ω-Ausgang des Tracking Generators. Der Ausgangs-Pegel wird
mit dem LEVEL-Einsteller und den ATTN.-Schaltern bestimmt. Er
kann zwischen +1dBm und -50dBm betragen.
(24) ATTN.: (nicht im HM5010 enthalten) Ausgangspegel-Abschwächer (Attenuator) bestehend aus vier 10dB Abschwächern, mit
denen das Signal des Tracking Generators abgeschwächt werden
kann, bevor es zur OUTPUT-Buchse gelangt. Alle Abschwächer sind
gleichwertig und werden wirksam, wenn die jeweilige Drucktaste
eingerastet ist. Es ist daher ohne Bedeutung welche Abschwächer
benutzt werden, um z.B. 20dB Abschwächung zu erzielen.
19
Vertikale Kalibrierung
Vor der Kalibrierung ist sicherzustellen, daß kein Eingangsabschwächer (14) (INPUT ATTN.) eingeschaltet ist. Das Meßgerät
muß zuvor 60 Minuten in Betrieb gewesen sein. Das VIDEO FILTER
(11) muß abgeschaltet sein (OFF), die BANDWIDTH (10) 400kHz
betragen und eine SCANWIDTH (15) von 2MHz/DIV. wirksam sein.
An den Eingang des Spektrum Analysators (13) wird ein HF-Signal
von -27dBm (10mV) angelegt. Die Frequenz des Signals sollte
zwischen 2MHz und 250MHz betragen und mit der eingestellten
Mittenfrequenz übereinstimmen.
A: Auf dem Bildschirm erscheint bei einer ausreichend klirrarmen
Signalquelle in diesem Fall eine einzige Spektrallinie (-27dBm). Das
Maximum dieser Spektrallinie wird jetzt mit Y-POS. (12) so eingestellt, daß es auf der obersten Rasterlinie (Referenzlinie) des
Bildschirms liegt. Dabei darf kein Eingangsabschwächer (14) eingeschaltet sein.
B: Der folgende Abgleich ist nur im Servicefall notwendig oder
falls die Kontrolle der vertikalen Empfindlichkeit Ungenauigkeiten
ergibt. Der dazu erforderliche Y-Amplituden Regler befindet sich im
Geräteinnern auf der XY-Leiterplatte. Genauere Hinweise befinden
sich im Service-Manual.
Das Generator-Signal wird zwischen -27dBm und -77dBm hin und
her geschaltet und der Y-AMPL.-Einsteller ist so zu verändern,
daß das Signalmaximum sich um 5 DIV. (cm) auf dem Bildschirm
in vertikaler Richtung ändert. Dies entspricht der Einstellung ab
Werk. Ergibt sich dabei eine Änderung der sichbaren Spektrallinie
in vertikaler Richtung, muß der in A beschriebene Abgleich wiederholt werden.
20
Die Einstellungen A und B sind solange zu wiederholen, bis eine
optimale Einstellung erzielt wird.
Anschließend kann bei einem Pegel von -27dBm die Funktion der
Eingangsabschwächer überprüft werden. Die auf dem Bildschirm
sichtbare Spektrallinie läßt sich, durch Zuschalten der im
Spektrumanalyzer eingebauten Abschwächer, in 4 Schritten um
jeweils 10dB absenken. Jeder 10dB-Schritt entspricht dabei einem
Raster auf dem Bildschirm. Die Toleranz darf hierbei ±1dB bei den
einzelnen Abschwächungspositionen betragen.
Änderungen vorbehalten
Horizontale Kalibrierung
Zunächst muß die Mittenfrequenz auf 500MHz eingestellt werden.
Die Rastereinteilung Scanwidth/Div. (15) soll 100MHz/Div. betragen. Das an den Eingang (13) angelegte Signalpegel soll einen zur
Bewertung ausreichenden Pegel haben, der zwischen 40 und 50dB
über dem Rauschen liegt.
C: Die Generatorfrequenz muß auf 500MHz eingestellt werden.
Das Maximum der 500MHz Spektrallinie ist mit dem Einsteller X-
POS. (16) auf die horizontale Bildschirmmitte zu stellen.
D: Die Frequenz des Generators ist auf 100MHz zu verändern.
Befindet sich die 100 MHz Spektrallinie nicht auf der links außen
befindlichen Rasterlinie, muß sie mittels des X-AMPL. -Einsteller
(17) zur Deckung gebracht werden. Anschließend ist erneut der
unter Punkt C beschriebene Abgleich zu prüfen und gegebenenfalls zu korrigieren.
Die Einstellungen C und D sind solange zu wiederholen, bis eine
optimale Einstellung erzielt wird.
Einführung in die Spektrum-Analyse
Die Analyse von elektrischen Signalen ist ein Grundproblem für viele
Ingenieure und Wissenschaftler. Selbst wenn das eigentliche Problem nicht elektrischer Natur ist, werden oftmals die interessierenden Parameter durch die unterschiedlichsten Wandler in elektrische
Signale umgewandelt. Dies umfaßt ebenso Wandler für mechanische Größen wie Druck oder Beschleunigung, als auch Meßwertumformer für chemische und biologische Prozesse. Die Wandlung
der physikalischen Parameter ermöglicht anschließend die Untersuchung der verschiedenen Phänomene im Zeit- und Frequenzbereich.
Der traditionelle Weg elektrische Signale zu analysieren, ist ihre
Darstellung in der Amplituden-Zeit-Ebene. Diese erfolgt u.a. mit
Oszilloskopen im Yt-Betrieb, d.h. es werden Informationen über
Amplituden und zeitliche Zusammenhänge erkennbar. Allerdings
lassen sich damit nicht alle Signale ausreichend charakterisieren,
wie z.B. bei der Darstellung einer Signalform, die aus verschiedenen
sinusförmigen Bestandteilen zusammengesetzt ist. Mit einem
Oszilloskop würde nur die Summe aller Bestandteile sichtbar
werden und die einzelnen Frequenz- und Amplituden-Anteile wären meistens nicht erfaßbar.
Änderungen vorbehalten
Mit der Fourier-Analyse läßt sich nachweisen, daß sich periodische
Zeitfunktionen als Überlagerung harmonischer periodischer Funk-
21
tionen darstellen lassen. Hierdurch läßt sich eine beliebige, noch so
komplizierte, Zeitfunktion einer charakteristischen Spektralfunktion
in der Frequenzebene zuordnen.
Diese Informationen lassen sich am besten durch SpektrumAnalysatoren ermitteln. Mit ihnen erfolgt die Signaldarstellung in
der Amplituden-Frequenz-Ebene (Yf). Dabei werden die einzelnen
Spektralkomponenten und ihre Amplituden angezeigt.
Die hohe Eingangsempfindlichkeit und der große Dynamikbereich
von Spektrum-Analysatoren ermöglichen die Analyse von Signalen, die mit einem Oszilloskop nicht darstellbar sind. Ähnlich verhält
es sich mit dem Nachweis von Verzerrungen sinusförmiger Signale, dem Nachweis niedriger AM-Modulation und Messungen im
Bereich der AM- und FM-Technik, wie Trägerfrequenz, Modulationsfrequenz oder Modulationsgradmessungen. Ebenso lassen sich
Frequenzkonverter in Bezug auf Übertragungsverluste und Verzerrungen einfach charakterisieren.
Eine weitere Anwendung von Spektrum-Analysatoren sind Messungen an Vierpolen, wie z.B. Frequenzgangmessungen an Filtern
und Verstärkern. Hier lassen sich in Verbindung mit einem Mitlaufgenerator Frequenzmessungen über einen sehr großen Pegelbereich durchführen.
Grundlagen über Spektrum-Analysatoren
Spektrum-Analysatoren lassen sich nach zwei grundsätzlichen Verfahren unterscheiden: gewobbelte- bzw. abgestimmte sowie Echtzeit-Analysatoren. Echtzeit-Analysatoren nach dem Prinzip der diskreten Fourier Transformation bestehen aus der Parallelschaltung einer
Vielzahl von frequenzselektiven Indikatoren. Es können dabei so viele
diskrete Frequenzen zur Anzeige gebracht werden, wie Filter vorhanden sind. Die Grenze der Wirtschaftlichkeit wird hier je nach Anzahl
und Güte der Filter teilweise schnell erreicht.
Fast alle modernen Spektrum-Analysatoren, so auch der HM5010,
arbeitet deshalb nach dem Überlagerungsprinzip (SuperheterodynePrinzip). Ein Verfahren ist dabei, die Mittenfrequenz eines Bandpaßfilters über den gewünschten Frequenzbereich abzustimmen.
Ein Detektor erzeugt dabei eine vertikale Ablenkung auf dem
Bildschirm, und ein durchstimmbarer Generator sorgt für die synchrone Abstimmung der Filtermittenfrequenz und der Horizontalablenkung. Dieses einfache Prinzip ist relativ preiswert, hat jedoch
22
Änderungen vorbehalten
große Nachteile in Bezug auf Selektion und Empfindlichkeit; unter
anderem auf Grund der nicht konstanten Bandbreite bei abgestimmten Filtern.
Die gebräuchlichste Art der Spektrum-Analysatoren unterscheidet
sich hiervon insofern, daß für die Selektion ein Bandpaßfilter mit
fester Mittenfrequenz verwendet wird. Es läßt zu jedem Zeitpunkt
denjenigen Anteil der zu analysierenden Funktion passieren, für
den gilt f
(t) = fLO(t)±fZF. Durch die Umsetzung auf eine feste
inp
Zwischenfrequenz werden die Nachteile des Systems mit abstimmbarem Bandpaßfilter umgangen.
Der nutzbare Frequenzbereich und die Grenzempfindlichkeit eines
Spektrum-Analysators hängen zum größten Teil vom Konzept und
der technischen Ausführung des Eingangsteils ab. Das HF-Eingangsteil wird durch die Komponenten Eingangsabschwächer,
Eingangsfilter, Mischer und Umsetzoszillator (LO) bestimmt.
Das zu analysierende Signal gelangt über den in 10dB-Schritten
schaltbaren Eingangsabschwächer auf ein Eingangsfilter. Dieses
Filter erfüllt mehrere Aufgaben: Es verhindert in gewissem Maße
den Mehrfachempfang eines Signals, den Direktempfang der
Zwischenfrequenz (ZF-Durchschlag) und unterdrückt die Rückwirkung des Oszillators auf den Eingang. Der Eingangsmischer ist
zusammen mit dem durchstimmbaren Oszillator (1. LO) für die
Umsetzung der Eingangssignale zuständig. Er bestimmt die
frequenzabhängige Amplitudencharakteristik und die dynamischen
Eigenschaften des Gerätes.
Änderungen vorbehalten
Der Analysator arbeitet wie ein elektronisch abgestimmter Schmalbandempfänger. Die Frequenzabstimmung erfolgt durch eine
Sägezahnspannung, welche dem Umsetzoszillator (,,Local Oszillator”; LO) zugeführt wird. Die gleiche Sägezahnspannung wird
synchron der Horizontalablenkung des Bildschirms zugeführt. Die
Ausgangsspannung des Empfängers wird der Vertikalablenkung
als Darstellung der Amplitude über der Frequenz angeboten. Der
Analysator wird in seinem Frequenzbereich durch Änderung
(Wobbelung) der Abstimmspannung für den LO abgestimmt. Die
Zwischenfrequenz erhält man, indem die Frequenz des LO mit
dem Eingangssignal gemischt wird. Ein Signal auf dem Bildschirm
wird sichtbar, sobald die Differenz zwischen dem Eingangssignal
und der Frequenz des LO gleich der Zwischenfrequenz ist. Die
Selektion wird durch die Eigenschaften des Zwischenfrequenzfilters
bestimmt, und ist unabhängig vom Eingangssignal. Die Abstimm-
23
frequenz ist ebenfalls unabhängig vom Eingangssignal. Sie muß
jedoch in Einklang mit den Eigenschaften des ZF-Filters
stehen.Zwischen dem zu analysierenden Frequenzbereich und der
Auflösungsbandbreite bestehen physikalische Zusammenhänge,
die bei einer Unterschreitung einer Mindestanalysezeit zu Fehlern
in der Amplitudendarstellung führen. Dies läßt sich durch automatische Verknüpfung zwischen Frequenzbereich, Auflösungsbandbreite und Analysezeit vermeiden, hat jedoch in den Fällen Nachteile, wo es auf schnelle qualitative Analyse von Signalen ankommt. Im Spektrum-Analysator erfolgt keine automatische Umschaltung der Filterbandbreite in Verbindung mit dem Frequenzbereich (SCANWIDTH), jedoch wird eine unkorrekte Filtereinstellungen mit der UNCAL.-Anzeige signalisiert.
Durch das Funktionsprinzip des Superheterodyne-Spektrumanalyzers, erscheint auf der linken Bildschirmseite, auch ohne
Eingangssignal, eine Spektrallinie, welche als ,,Nullfrequenz-Marke” oder ,,LO-Frequenz-Durchgriff” bezeichnet wird. Dies tritt auf,
wenn die Frequenz des LO gleich der ZF-Frequenz ist. Eine Ausweitung des Frequenzbereiches um 0Hz ist nicht möglich, da der LO
dann mit der Zwischenfrequenz schwingt und die ZF-Filter-Charakteristik abgebildet wird. Ein Kondensator am Eingang des Analysators
wirkt darüber hinaus als Hochpaß und verhindert, daß Gleichspannung zum Mischer gelangt.
Anforderungen an Spektrum-Analysatoren
Die verschiedenen Einsatzgebiete der Spektrum-Analysatoren erfordern von diesen Geräten vielfältige Eigenschaften, die sich zum
Teil untereinander ausschließen oder sich nur durch großen Aufwand zusammenfassen lassen.
Das Anwendungsgebiet der Spektrum-Analysatoren liegt vor allen
Dingen dort, wo die Genauigkeit und das zeitliche Auflösungsvermögen sowie die geringe Dynamik des Oszilloskopes bei der
Signalanalyse nicht mehr ausreichen.
Dabei stehen großer Frequenzabstimmbereich, Filteranforderungen
zwischen extrem schmalbandig und ,,full span”-Darstellung sowie
hohe Eingangsempfindlichkeit nicht unbedingt im Gegensatz zueinander. Sie lassen sich jedoch zusammen mit hoher Auflösung,
großer Stabilität, möglichst geradem Frequenzgang, und geringem
Eigenklirrfaktor meist nur unter großem Aufwand realisieren.
24
Änderungen vorbehalten
Frequenzmessung
Moderne Spektrum-Analysator bieten 3 verschiedene Arten die
Frequenzachse zu ,,scannen”: den gesamten Bereich in einem
,,sweep” (full span), pro Einheit (Div.) und Festfrequenzbetrieb
(Darstellung im Zeitbereich, ,,Zero Scan”).
Die Betriebsart ,,full span” wird benutzt, um das Vorhandensein
von Signalen im nutzbaren Frequenzbereich des SpektrumAnalysators festzustellen. Hierbei wird der gesamte Frequenzbereich von 0Hz bis zur oberen Grenzfrequenz des Analysators auf
dem Bildschirm dargestellt. Für diese Betriebsart gibt es keine
spezielle Schalterstellung. Sie liegt mit einer Mittenfrequenz-Einstellung von 500MHz und der SCANWIDTH-Einstellung 100MHz/
Div. vor.
In den meisten Fällen wird die Betriebsart ,,pro Einheit” (Div.)
eingesetzt, um bestimmte Signale oder Frequenzbereiche genauer zu untersuchen. Das ,,Zoomen” auf einen bestimmten Bereich
erfolgt mittels der Mittenfrequenzabstimmung. Die eingestellte
Mittenfrequenz läßt sich dabei auf dem Display kontrollieren. Die
Skalierung der Frequenzachse wird durch den Schalter Scanwidth/
Div. vorgenommen.
In der ,,zero scan”-Betriebsart arbeitet der Analysator als ein auf
eine diskrete Frequenz abgestimmter Empfänger mit wählbaren
Bandbreiten.
Stabilität
Änderungen vorbehalten
Es ist wichtig, daß der Spektrum-Analysator eine größere Frequenzstabilität besitzt als das Signal, das untersucht werden soll. Die
Frequenzstabilität ist abhängig von der Stabilität des Umsetz(Local-) Oszillators. Dabei wird zwischen Kurzzeit- und Langzeitstabilität unterschieden. Ein Maß für die Kurzzeit-Stabilität ist die
Rest-FM. Sie wird allgemein in Hz
spezifiziert. Rauschseiten-
pp
bänder sind ein Maß für die spektrale Reinheit des (Local-) Oszillators,
und gehen ebenfalls in die Kurzzeit-Stabilität eines SpektrumAnalysators ein. Sie werden spezifiziert durch eine Dämpfung in dB
und einen Abstand in Hz, bezogen auf das zu untersuchende Signal
bei einer bestimmten Filterbandbreite.
Die Langzeit-Stabilität eines Spektrum-Analysators wird überwiegend durch die Frequenzdrift des Umsetz-Oszillators (LO) bestimmt. Sie ist ein Maß dafür, um wieviel die Frequenz sich
25
Auflösung
innerhalb bestimmter Zeitbereiche ändert. Eine Frequenzdrift von
max. 150kHz/Std., wie sie beim HM5010/11 vorliegt, ist ein sehr
guter Wert für ein Gerät, das keinen Synthesizer für die Abstimmung benutzt.
Bevor die Frequenz eines Signals mit dem Spektrum-Analysator
gemessen werden kann, muß dieses Signal ermittelt bzw. aufgelöst werden. Auflösung heißt dabei, es muß von benachbarten
Signalen im zu untersuchenden Spektrum unterschieden werden.
Diese Möglichkeit ist eine entscheidende Voraussetzung für viele
Applikationen mit dem Spektrum-Analysator, und wird grundsätzlich, neben anderen Faktoren, durch dessen kleinste ZF-Filterbandbreite bestimmt.
Wichtige Kennwerte für die Trennbarkeit zweier benachbarter Spektrallinien mit stark unterschiedlicher Amplitude sind die Bandbreite
und die Flankensteilheit der ZF-Filter. Die Bandbreite wird als
Frequenz angegeben, bei der der Signalpegel gegenüber der Mittenfrequenz um 3dB abgefallen ist. Das Verhältnis der 60dB-Bandbreite
zur 3dB-Bandbreite wird als Formfaktor bezeichnet. Dabei gilt: je
kleiner der Formfaktor, desto besser die Fähigkeit des SpektrumAnalysators, eng benachbarte Signale zu trennen.
Ist z.B. der Formfaktor eines Filters im Spektrum-Analysator 15:1,
dann müssen zwei in der Amplitude um 60dB unterschiedliche
Signale sich in der Frequenz mindestens um den Faktor 7,5 der ZFFilterbandbreite unterscheiden, um einzeln erkennbar zu sein. Andernfalls erscheinen sie als ein Signal auf dem Bildschirm.
Der Formfaktor ist jedoch nicht der allein bestimmende Faktor zur
Unterscheidung zweier eng benachbarter Signale mit unterschiedlicher Amplitude. Ebenso wird die Trennbarkeit durch Rest-FM und
die spektrale Reinheit der internen Oszillatoren beeinflußt. Diese
erzeugen Rausch-Seitenbänder, und verschlechtern dadurch die
erreichbare Auflösung. Rausch-Seitenbänder werden im Bereich
der Basis der ZF-Filter sichtbar, und verschlechtern die Sperrbereichs-Dämpfung der ZF-Filter.
26
Ist die kleinste ZF-Bandbreite z.B. 10kHz, dann ist der kleinste
Frequenzabstand, um 2 Spektrallinien voneinander zu trennen,
ebenfalls 10kHz. Dies ist deshalb der Fall, weil der SpektrumAnalysator seine eigene ZF-Filterkurve darstellt, wenn er ein Signal
im Spektrum detektiert. Da die Auflösung des Spektrum-Analysators
durch seine ZF-Filterbandbreite bestimmt wird, könnte man anneh-
Änderungen vorbehalten
Rauschen
men, 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. 10kHz, ist die kleinste
sinnvolle ZF-Bandbreite, die verwendet werden kann um ein einzelnes 10kHz-Signal zu bestimmen, ebenfalls 10kHz. Ein schmalbandigeres 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. Außerdem 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 groß 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.
Die Empfindlichkeit ist ein Maß 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
Änderungen vorbehalten
P
=K⋅ T ⋅ B
N
beschrieben. Dabei ist:
P
= Rauschleistung in Watt
N
K = Boltzmann Konstante (1,38 ⋅ 10
-23
Joule/K)
T = absolute Temperatur (K)
B = Bandbreite des Systems in Hz
Diese Gleichung zeigt, daß die Größe 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.
27
Video-Filter
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
Übertragungsgüte oder Rauschzahl versteht man normalerweise
die nicht-thermischen 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 Analysator auf die gleiche Filterbandbreite zu beziehen.
Spektrumanalysatoren werden über ein breites Frequenzband
gewobbelt, sind aber eigentlich schmalbandige Meßinstrumente.
Alle Signale die im Frequenzbereich des Spektrum-Analysators
liegen, werden auf eine Zwischenfrequenz 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.
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 Spektrum-Analysators gemittelt. Dadurch wird
unter Umständen ein sonst im Rauschen verstecktes Signal sichtbar.
Wenn die ZF-Bandbreite sehr schmal im Verhältnis zur eingestellten
Scanwidth/Div. ist, sollte das Video-Filter nicht eingeschaltet werden,
da dies zu einer zu niedrig dargestellten Amplitude auf Grund der
Bandbreitenbegrenzung führen kann. (Eine nicht zulässige Kombination der eingestellten Parameter wird durch die
zeigt).
Empfindlichkeit - Max. Eingangspegel
Die Spezifikation der Eingangsempfindlichkeit eines SpektrumAnalysators ist etwas willkürlich. Eine Möglichkeit der Spezifikation
28
UNCAL.UNCAL.
UNCAL.-LED ange-
UNCAL.UNCAL.
Änderungen vorbehalten
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 3dB 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 +20dBm 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 Übersteuerung produziert. Außerdem steigt die Gefahr einer unbemerkten Überlastung 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 größtenteils verursacht durch die
nichtlinearen Eigenschaften der Eingangsstufe. Sie bewegt sich beim
HM5010/11 in der Größenordnung von 70dB unterhalb des Eingangspegels, solange dieser nicht größer als -27dBm ist. Um größere
Eingangssignale verarbeiten zu können, ist dem Mischer ein Eingangsabschwächer vorgeschaltet. Das größte Eingangssignal, welches dem Spektrum-Analysator bei jeder beliebigen Stellung des
Abschwächers verarbeiten kann ohne ein bestimmtes Maß an Verzerrungen zu überschreiten, wird der ,,optimale Eingangspegel” genannt. Das Signal wird dabei soweit abgeschwächt, daß der Mischer
keinen größeren Pegel als -27dBm angeboten bekommt. Anderenfalls werden die spezifizierten 70dB Oberwellenabstand nicht eingehalten. Diese 70dB verzerrungsfreier Bereich werden auch als nutzbarer Dynamikbereich des Analysators bezeichnet. Zum Unterschied
dazu wird der (darstellbare) Anzeigebereich definiert als das Verhältnis vom größten zum kleinsten gleichzeitig angezeigten Pegel, ohne
daß Intermodulationsprodukte des Analysators auf dem Bildschirm
sichtbar sind.
Änderungen vorbehalten
Der maximale Dynamikbereich eines Spektrum-Analysators läßt
sich aus den Spezifikationen ermitteln. Den ersten Hinweis gibt die
29
Frequenzgang
Spezifikation für die Verzerrungen. So beträgt dieser Wert z.B. für
beide Spektrum-Analysatoren 70dB bis zu einem Eingangspegel
von -27dBm am Eingang bei 0dB Eingangsabschwächung. Um
diese Werte nutzbar zu machen, muß der Spektrum-Analysator in
der Lage sein, Pegel von 97 dBm erkennen zu lassen. Die dafür
erforderliche ZF-Bandbreite sollte nicht zu schmal sein, sonst ergeben sich Schwierigkeiten auf Grund von Seitenbandrauschen und
Rest-FM. Die ZF-Bandbreite von 20kHz ist ausreichend, um Spektrallinien mit diesem Pegel darzustellen. Der verzerrungsfreie
Meßbereich kann durch eine Reduzierung des Eingangspegels
weiter ausgedehnt werden. Die einzige Einschränkung bildet dann
die Empfindlichkeit des Spektrum-Analysators.
Die maximal mögliche Dynamik wird erreicht, wenn die Spektrallinie mit dem höchsten Pegel den Referenzpegel gerade noch nicht
überschreitet.
Der Frequenzgang eines Spektrum-Analysators läßt sich als seine
Amplitudenstabilität über der Frequenz beschreiben. Um einen
möglichst guten Frequenzgang zu erhalten, müssen die Mischerverluste möglichst frequenzunabhängig sein. Für exakte Amplitudendarstellungen sollte der Frequenzgang im gesamten Bereich möglichst geringe Schwankungen aufweisen. Jedoch ist gerade diese
Eigenschaft nur durch entsprechend großen Aufwand zu erzielen.
Das System muß schon vom Prinzip her sehr frequenzlinear sein,
weil sich Abweichungen meist nur sehr schwer auskalibrieren
lassen. Für die Aufgabenstellung eines Spektrum-Analysators, verschiedene Signalpegel bei unterschiedlichen Frequenzen zu messen, ist ein möglichst enger Frequenzgang erforderlich; ansonsten
wäre sein Nutzen stark eingeschränkt.
Mitlaufgeneratoren
Mitlaufgeneratoren (Tracking Generatoren) sind spezielle Generatoren, bei denen die Frequenz des Ausgangssignals vom SpektrumAnalysator gesteuert wird. So wird ein Ausganssignal erzeugt,
welches exakt der Abstimmung (tuning) des Spektrum-Analysators
folgt. Auf Grund dieser Besonderheit erweitert ein Mitlaufgenerator
(nur im HM5011) die Anwendungsmöglichkeiten eines SpektrumAnalysators wesentlich. Im ,,full-scan-mode” erzeugt der Mitlaufgenerator ein gewobbeltes Signal über seinen gesamten zur Verfügung stehenden Frequenzbereich. In der Betriebsart ,,per division”
wird ein Sinussignal erzeugt, dessen Frequenz sich mit der Mittenfrequenz-Einstellung des Spektrum-Analysators verändert.
30
Änderungen vorbehalten
Die Ursache für den exakten ,,Mitlauf” (Tracking) zwischen der
steuernden und der generierten Frequenz liegt darin, daß sowohl der
Spektrum-Analysator als auch der Mitlaufgenerator vom gleichen
spannungsgesteuerten Oszillator kontrolliert werden; d.h. beide
Baugruppen werden über den Local-Oszillator des SpektrumAnalysators synchronisiert. Das Ausgangssignal des Mitlaufgenerators wird durch Mischen zweier Oszillatorsignale erzeugt.
Das eine Signal wird im Mitlaufgenerator selbst erzeugt, das Andere
im Spektrum-Analysator. Ist die durch Mischung erzeugte Frequenz
gleich der Zwischenfrequenz des Spektrum-Analysators, dann ist
die Ausgangsfrequenz des Mitlaufgenerators gleich der Eingangsfrequenz des Spektrum-Analysators. Diese Bedingung gilt für alle
,,Scan-Modi”.
Der Begriff ,,mitlaufen” oder Tracking bedeutet dabei, daß sich die
Frequenz der Ausgangsspannung immer in der Mitte des Durchlaßfilters des Spektrum-Analysators befindet. Oberwellen des Signals,
seien sie im Mitlaufgenerator selbst oder im Spektrum-Analysator
entstanden, liegen so außerhalb des Durchlaßbereiches der Filter im
Spektrum-Analysator. Auf diese Weise wird nur die Grundfrequenz
des Mitlaufgenerators auf dem Bildschirm dargestellt. Frequenzgangmessungen über einen sehr großen Bereich sind so möglich,
ohne daß die Messung von spektralen Unzulänglichkeiten des
Generatorsignals beeinflußt wird. Die Empfindlichkeit des Systems
wird durch das Eigenrauschen, und somit durch die Filterbandbreite
des Spektrum-Analysators begrenzt. Die schmalste zur Messung
nutzbare Bandbreite wird durch die Rest-FM des Mitlaufgenerators
bestimmt, sowie durch die Frequenzabweichung beim ,,tracking”
zwischen Generator und Spektrum-Analysator. Ausschlaggebend
ist dabei wieder die Qualität des LO im Spektrum-Analysator und
außerdem der PLL zur Nachsteuerung der Frequenz im Mitlaufgenerator. Für Frequenzgang- und Dämpfungsmessungen an Verstärkern oder Filtern wird der Mitlaufgenerator (nur im HM5011
enthalten) eingeschaltet. Die Ausgangsspannung des Mitlaufgenerators wird an dem zu untersuchenden Bauteil eingespeist
und die an dessen Ausgang anliegende Spannung dem Eingang
des Spektrum-Analysators zugeführt. In dieser Konfiguration bilden die Geräte ein in sich geschlossenes, gewobbeltes Frequenzmeßsytem. Eine pegelabhängige Regelschleife im Mitlaufgenerator
stellt die erforderliche Amplitudenstabilität im gesamten Frequenzbereich sicher. Reflexionsfaktor und Rückflußdämpfung lassen
sich mit diesem System messen, und somit auch Stehwellenverhältnisse ermitteln.
Änderungen vorbehalten
31
Funktionstest des Spektrum-Analysators HM5010/HM5011
Um auch in Zweifelsfällen immer sicher zu sein, daß der
HM5010/11 alle Funktionen erfüllt, wird nachfolgend ein Test
beschrieben, der ohne großen Aufwand an Meßgeräten durchführbar ist.
Zunächst wird das Gerät angeschlossen und eingeschaltet.
Etwa 20sek. nach dem Aufleuchten der Anzeige werden der
INTENS.-Regler auf mittlere Helligkeit, und der FOCUS-Regler
auf beste Strahlschärfe eingestellt. Richtig fokussiert, müssen
Einzelheiten der ca. 10mm hohen Grundlinie gut erkennbar sein.
Das untere Ende derselben soll etwa mit der unteren Linie des
Bildschirmrasters abschließen. Eine Korrektur der Lage ist mit
Y-POS. möglich. Bevor irgendwelche Untersuchungen mit der
Betätigung von Tasten durchzuführen sind, sollten diese alle
herausstehen bzw. ungedrückt bleiben.
Der HM5010/11 braucht für den Test eine Anwärmzeit.
Daher kann erst ca. 60min. nach dem Einschalten mit
dem Test begonnen werden.
Eine wichtige Untersuchung ist die Kontrolle der Linearität und
Genauigkeit der Frequenzbereiche. Begonnen wird mit dem
Scanwidth-Bereich 100MHz/div. Dieser ist mit den unter dem
Scanwidth-Anzeigefeld befindlichen "up-" und "down-"Tasten
einstellbar. Zur Erleichterung der Frequenz-Feinkorrektur sollte
der Strich des mit FINE bezeichneten Reglers nach oben
stehen. Danach wird mit dem Knopf CENTER-FREQ. die Anzei-
ge auf genau 500,0MHz eingestellt. Für eine hochgenaue Untersuchung, die in der Regel nicht notwendig ist, kann nun mit
einem Synthesizer (z.B. HM8133 von HAMEG) der gesamte
Bereich von 0 - 1000MHz in Schritten von 50MHz überprüft
werden. Dabei sollte sich das dargestellte Signal nach jedem
100MHz-Schritt immer über einer senkrechten Linie des Schirmrasters befinden. Eine Toleranz von max. ±2mm ist noch akzeptabel.
32
Steht ein solcher Generator nicht zur Verfügung, ist auch eine
genügend genaue Kontrolle mit Hilfe des Markers durchführbar.
Dazu ist die MARKER-Taste auf "on" zu schalten. Stehen nun
beide auf den entsprechenden Rasterlinien, kann mit der Kontrolle der Linearität begonnen werden. Wird der Marker nun
genau auf 000,0MHz eingestellt, muß er über der Linie des
"Zero-Peak" liegen. Danach ist der Marker in100MHz-Schritten
Änderungen vorbehalten
nach rechts zu bewegen. Dabei sollte er jedes Mal auf einer der
senkrechten Rasterlinien stehen. Abweichungen von ±1mm
sind noch zulässig. An der rechten Außenlinie angekommen, ist
sicherheitshalber nochmals auf "Center-Frequency" umzuschalten, um festzustellen ob diese nach wie vor bei 500,0MHz liegt.
Eine andere qualitätsbestimmende Eigenschaft des HM5010/
11 ist die Frequenzstabilität. Normalerweise sollte für ihre
Kontrolle ein stabiler Generator mit 500MHz Analogsignal zur
Verfügung stehen. Da auch hierfür nur ein Sythesizer in Frage
kommt, wird man sich in den meisten Fällen mit dem "ZeroPeak" des Gerätes begnügen müssen. Für den Test wird die
CENTER FREQ. genau auf 000,0MHz gestellt. Damit muß der
"Zero Peak" genau in der Mitte des Schirmrasters stehen. Nun
wird der Scanwidth-Bereich 0,2MHz/div. eingeschaltet und
beobachtet, wie stabil der "Zero Peak" in der Mitte stehen bleibt.
Wandert er innerhalb einer Stunde nur ±1cm um die Mittellinie,
ist die Frequenzstabilität o.k. Bei stärkeren Auswanderungen ist
festzustellen, ob die Umgebungstemperatur stark schwankt
oder deutliche Luftströmungen im Raum vorhanden sind.
Änderungen vorbehalten
33
Block Diagram HM5010/11
34
Änderungen vorbehalten
Ω
HM5010
Änderungen vorbehalten
35
Ω
-
!
Ω
HM5011
36
Änderungen vorbehalten
Änderungen vorbehalten
37
38
Änderungen vorbehalten
Änderungen vorbehalten
39
Instruments
®
Germany
HAMEG Service
Kelsterbacher Str. 15-19
60528 FRANKFURT am Main
Tel. (069) 67805 - 24 -15
Telefax (069) 67805 - 31
E-mail:
service@hameg.de
Oscilloscopes
Multimeters
Counters
Frequency Synthesizers
Generators
R- and LC-Meters
Spectrum Analyzers
Power Supplies
Curve Tracers
Time Standards
HAMEG GmbH
Industriestraße 6
63533 Mainhausen
Tel. (06182) 8909 - 0
Telefax (06182) 8909 - 30
E-mail:
France
HAMEG S.a.r.l
5-9, av. de la République
94800-VILLEJUIF
Tél. (1) 4677 8151
Telefax (1) 4726 3544
E-mail:
Spain
HAMEG S.L.
Villarroel 172-174
08036 BARCELONA
Teléf. (93)4301597
Telefax (93)321220
E-mail:
Great Britain
HAMEG LTD
74-78 Collingdon Street
LUTON Bedfordshire LU1 1RX
Phone (01582) 413174
Telefax (01582) 456416
E-mail:
sales@hameg.de
hamegcom@magic.fr
email@hameg.es
sales@hameg.co.uk
Printed in Germany
United States of America
HAMEG, Inc.
266 East Meadow Avenue
EAST MEADOW, NY 11554
Phone (516) 794 4080
Toll-free (800) 247 1241
Telefax (516) 794 1855
42 - 5011 - 00D0
E-mail:
Hongkong
HAMEG LTD
Flat B, 7/F,
Wing Hing Ind. Bldg.,
499 Castle Peak Road,
Lai Chi Kok, Kowloon
Phone (852) 2 793 0218
Telefax (852) 2 763 5236
E-mail:
hamegny@aol.com
hameghk@netvigator.com
Loading...