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Spektrumanalysatoren

Funksender verifizieren


Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Analyse der HF-Performance und entwicklungsbegleitende EMV-Messung

Nach der Analyse der Modulation ist jetzt die Qualität des HF-Signals an der Reihe. Da es nur in der Theorie optimale Filter für die Bandbegrenzung gibt, lässt es sich nicht völlig vermeiden, dass der Nutzkanal benachbarte Kanäle beeinträchtigt. Deshalb wird ein Teil des Sendesignals in den nebenan liegenden Kanälen zu sehen sein. Da dieser Frequenzbereich jedoch meist für eine andere Kommunikation genutzt wird, ist der Einfluss so gering wie möglich zu halten, um eine Fehlfunktion durch die Senderübertragung zu vermeiden.

Deshalb müssen die absolute Leistung des Senders (in dBm) und dazu der relative Einfluss auf die Nachbarkanäle in Bezug auf den Sender (in dBc) bekannt sein. Bei dieser Messung der Nachbarkanalleistung (Adjacent Channel Power, ACP) ist es notwendig, die Modulation zu aktivieren. Außerdem sollten An/Aus-Situationen gemessen und qualifiziert werden. Die ACP-Messung lässt sich mit dem Sweep-basierenden Modus GPSA (AMK-Option) durchführen (Bild 8).

Rigol Technologies, Spectrum Analyzer
Bild 8: Messung der Nachbarkanalleistung eines WCDMA-Signals (UMTS).
© Rigol Technologies

Mit diesem GPSA-Modus kann der RSA5000 außerdem die spektrale Leistungsdichte (in dBm/Hz) des Hauptkanals und der Nebenkanäle messen. Hierbei wird das gesamte HF-Signal für die genutzte Bandbreite betrachtet. Dabei lässt sich die genutzte Bandbreite in ihre einzelnen Frequenzkomponenten und deren Amplitude zerlegen, und man erhält die Signalleistungsverteilung über die Frequenz (Bild 9). Diese Messung gibt dem Entwickler eine Aussage über die Filteranpassung (zur Rauschunterdrückung) oder für das Signal-zu-Rausch-Verhältnis.

Ein weiterer wichtiger Wert, der meist spezifiziert ist, ist die belegte Bandbreite (Occupied Bandwidth; Bild 10). Als Beispiel sei hier ein UMTS-Signal betrachtet. Die blockierte Bandbreite liegt hier bei 5 MHz. Die Chirp-Rate bei einem WCDMA-Signal (QPSK-Modulation) liegt bei 3,84 MChirp/s. Durch den Einfluss des Filters und dessen Flanke (Rolloff-Faktor von 0,22) liegt die tatsächliche Bandbreite bei etwa 4,6 MHz. Bei dieser Messung wird die Bandbreite ermittelt, die 99 % der spektralen Leistung des Signals enthält. Bei einigermaßen guten Sendern liegt diese bei ungefähr 4,2 MHz.

Rigol Technologies, Spectrum Analyzer
Bild 9: Multikanal-Leistungsmessung sowie die Vermessung der spektralen Leistungsdichte.
© Rigol Technologies
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Bild 10: Messung der belegten Bandbreite (Occupied Bandwidth) an einem UMTS-Signal (gemessen mit »Max Hold«).
© Rigol Technologies

Um die hochfrequenten Einzelkomponenten vermessen zu können, eignet sich ein HF-Signalgenerator der Serie DSG3000-IQ oder DSG800A von Rigol. Diese Generatoren können ein Basisbandsignal erzeugen und an den analogen IQ-Ausgängen auf der Rückseite ausgeben (Bild 11). Diese könnte man in die jeweiligen Mischer-Eingänge der I- und Q-Komponente anschließen. Somit ließe sich ein optimales Basisbandsignal gewährleisten, um Fehlfunktionen – verursacht durch den Mischer, den HF-Verstärker oder den Bandpass – Schritt für Schritt auf den Grund zu gehen. Wenn dieser Aufbau keinen Fehler aufzeigt, kann man die weitere Fehlersuche auf das Basisbandmodul beschränken.

Rigol Technologies, Spectrum Analyzer
Bild 11: HF-Performanceanalyse mithilfe eines HF-Signalgenerators der Serie DSG3000-IQ oder DSG800A, der das Basisbandsignal erzeugt.
© Rigol Technologies

HF-Generatoren der DSG3000-Serie können außerdem ein CW-Signal bis zu +25 dBm erzeugen. Somit lässt sich auch ein lokaler Oszillator simulieren, um hier eine Fehlerquelle am Mixer oder durch den lokalen Oszillator zu analysieren oder auszuschließen.

Die Serie RSA5000 ist mit oder ohne Mitlaufgenerator (TG) verfügbar, der im GPSA-Modus genutzt werden kann, um die Durchgangsdämpfung (Insertion Loss) zum Beispiel eines Filters oder das Stehwellenverhältnis (Voltage Standing Wave Ratio, VSWR) einer Antenne zu vermessen.

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Bild 12: Messung eines ungewollten Störsignals bei einem GSM-Sender im Echtzeitmodus.
© Rigol Technologies

Mit dem sweep-basierenden GPSA-Modus ist es mitunter schwierig, sporadische und sich schnell verändernde Störsignale zu messen. Um diese unerwarteten Störsignale von einem Sender erfassen zu können, eignet sich hier der Echtzeitmodus des RSA5000. In Bild 12 ist ein GSM-Signal zu sehen, bei dem hin und wieder eine Störung an einem Seitenkanal auftritt. Dieses Störsignal lässt sich mit dem Frequenzmaskentrigger (FMT) im Echtzeitmodus recht leicht erfassen. Mit der Dichtedarstellung (Density) in Kombination mit dem Spektrogramm lassen sich erweiterte Informationen erlangen, beispielsweise über die Wiederholrate und die Dauer des Störsignals.

Rigol Technologies, Spectrum Analyzer
Bild 13: Zeitbereichsmessung (oben) und Frequenzmessung (unten) sowie die Spektrogramm-Darstellung (links).
© Rigol Technologies

Um genauere Kenntnisse von Signal-Bursts bei modulierten Signalen zu erhalten, lässt sich im Echtzeitmodus eine Zeitdarstellung mit dem maximalen Informationsgehalt von bis zu 40 MHz Echtzeitbandbreite darstellen. Gleichzeitig sind hier das Spektrum sowie das Spektrogramm darstellbar. Alle Bereiche lassen sich mit dem Marker ausmessen (Bild 13), zum Beispiel die Periode sowie die Burstbreite. Unerwartete Ereignisse wären im Spektrogramm sichtbar. Auch die Zeitmessung kann für die Messung von An/Aus-Situationen verwendet werden.

Entwicklungsbegleitende EMV-Messung

Während der Entwicklung des Senders ist es wichtig, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) stets im Blick zu behalten. Je früher man EMV-Maßnahmen im Design berücksichtigt, umso seltener treten am Ende Probleme damit auf.

Um dies zu gewährleisten, ist bereits zu Beginn der Entwicklung ein sehr gutes Testsystem notwendig. Mit dem EMI-Modus der RSA5000-Serie bietet Rigol ein Testsystem, das durch die gesamten Entwicklungsschritte für die Analyse und Fehlerbehebung genutzt werden kann (Bild 14). In diesem Modus sind die 6-dB-Filter (200 Hz, 9 kHz, 120 kHz und 1 MHz) sowie die bewerteten Detektoren (QP, CISPR-AV) bereits enthalten. Mit den vordefinierten Frequenzbereichen lässt sich die Frequenz auf RBW/2 oder RBW/4 auflösen.

Rigol Technologies, Spectrum Analyzer
Bild 14: Messung mit dem EMI-Modus der RSA5000-Serie.
© Rigol Technologies

Es ist möglich einen schnellen Scan mit einem Average- oder Peak-Detektor durchzuführen. Bei den gefundenen Spitzenwerten lassen sich dann die Messungen mit den bewerteten Detektoren durchführen. Da die Messung nur an den Spitzenwerten durchgeführt wird, ist die Messung in kurzer Zeit abgeschlossen. Außerdem lässt sich für eine herausgegriffene Frequenz die Signalstärke mit bis zu drei unterschiedlichen Detektoren bewerten (Frequency(Meter) in Bild 14). So kann man diesen Marker auf ein Störsignal setzen und nachjustieren. Die Verbesserung ist sofort sichtbar.

Über 300 Grenzwerte der meistgenutzten Standards sind im Gerät integriert und lassen sich nach Bedarf aufrufen. Zusätzlich kann das Gerät einen Testbericht mit allen Messwerten, dem Graph und weiteren Einstellungen in HTML oder als PDF speichern. Zusätzlich lässt sich der Signalverlauf auch als CSV-Datei abspeichern.

Zusammenfassung

Rigols RSA5000-Serie ist ein Werkzeug mit multiplen Testlösungen für die komplette Entwicklung eines Senders. Gerade mit den unterschiedlichen Modi Echtzeit, Sweep, VSA und EMI lässt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Messungen durchführen, die in Kombination mit der Performance einen Mehrwert für den Entwickler bedeuten können. Dies gilt unabhängig davon, ob er Einzelkomponenten oder den kompletten HF-Sender vermessen und evaluieren muss. Außerdem lässt sich dieses Messsystem modular erweitern – auch zu einem späteren Zeitpunkt.


  1. Funksender verifizieren
  2. Modulationsfehler erkennen
  3. Analyse der HF-Performance und entwicklungsbegleitende EMV-Messung

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