Kopijarevic, M.: Neue Gerätebasis für Spektralanalyse

<BODY> <H1>www.duv24.net : Kopijarevic, M.: Neue Gerätebasis für Spektralanalyse</H1> <P> <BR> [<A href="/">www.duv24.net</A>] [<A href="../index.html">back</A>] </P> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=TOP CLASS=detailBereichRedaktion>Bereich > Redaktion > <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD> <TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>20.04.2001</TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>Agilent Technologies:</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>Kopijarevic, M.: Neue Gerätebasis für Spektralanalyse</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Erhebliche Verbesserungen in Messgenauigkeit und -geschwindigkeit</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Erschienen in DESIGN & VERIFICATION 03/2001, S. 47-49<BR>(pdf-Version in toolbox unter "details")<BR><BR>Vorwort<BR><BR>In den neuen Spektrumanalysatoren der Familie Agilent PSA (Performance Spectrum Analyzer) stecken zahlreiche technische Innovationen, die zusammen eine bemerkenswerte Kombination aus großem Dynamikbereich, hoher Messgenauigkeit und hoher Messgeschwindigkeit ergeben. Hierzu zählen beispielsweise ein voll-digitaler ZF-Teil, eine flexible Kombination aus Wobbelmessung und FFT-Analyse, ein Multimode-Lokaloszillator zur Minimierung des Phasenrauschens, ausgeklügelte Detektorbetriebsarten und Mittelungsverfahren sowie eine intelligente Kopplung der Messparameter. Dieser Beitrag erläutert einige dieser technischen Neuerungen und zeigt die Vorteile auf, die sich daraus für den Benutzer ergeben.<BR><BR>Einleitung<BR><BR>Seit rund einer Dekade nimmt der Bedarf an hochgenauen, schnellen und vielseitigen Spektrumanalysen enorm zu. Beispielsweise stand die Mobilfunkindustrie in den frühen 90-er Jahren noch ganz am Anfang ihrer Entwicklung. Die Nachfrage nach Handys ist seitdem explosionsartig gestiegen und wird für das Jahr 2001 auf 450 Millionen Stück geschätzt. Entsprechend schnell wächst auch die Anzahl der benötigten Mobilfunk-Basisstationen. Angesichts der starken Nachfrage, des enormen Zeitdrucks bei der Entwicklung sowie der strengen Spezifikationen benötigen Entwickler ein Werkzeug, mit dem sie komplexe Messungen wie z. B. Oberwellensuche oder Nachbarkanalleistungsmessungen wesentlich schneller und genauer als bisher durchführen können. <BR>In anderen Branchen, wie z.B. der Luft- und Raumfahrt-Industrie, sind die Anforderungen ähnlich hoch oder gar noch höher. Entwickler sehen sich vor die Herausforderung gestellt, dass immer engere Toleranzen einzuhalten sind und es immer schwieriger wird, neue Designs mit vorhandenen Messgeräten vollständig und präzise zu charakterisieren. Dies alles hat Agilent Technologies dazu veranlasst, nicht einfach die existierende – wenngleich marktführende – Messgeräte-Familie 8560 weiterzuentwickeln, sondern eine völlig neue Plattform zu konzipieren.<BR><BR>Hauptteil<BR><BR>Gegenwärtige Situation<BR>Im Jahre 1964 brachte Hewlett-Packard den ersten kommerziellen Spektrumanalysator, HP 8551, auf den Markt – damals eine technische Sensation, die es erstmals ermöglichte, HF-Signale in der Frequenzebene darzustellen und deren spektrale Komponenten separat zu analysieren. Dieser technische Fortschritt verkürzte die Entwicklungsdauer von Empfängern und Sendern ganz beträchtlich und trug entscheidend dazu bei, dass komplexe HF- und Mikrowellen-Geräte zu Massenprodukten wurden. Im Laufe der folgenden Jahrzehnte entwickelte HP mehrere weitere Generationen von Spektrumanalysatoren, um den steigenden Leistungsanforderungen, die sich durch neue Produkte und Anwendungen ergaben, gerecht zu werden,. <BR>Mit dem Agilent E4440A hat Agilent Technologies als Nachfolger der HP-Messtechnik 40 Jahre Erfahrung auf diesem Gebiet in die Entwicklung eines neuen Spektrumanalysators einfließen lassen. Der Agilent E4440A ist das erste Modell einer neuen Produktfamilie mit dem Namen ‚Performance Signal Analyser‘ (PSA), die für anspruchsvolle Anwendungen in der Kommunikationsindustrie, Luft- und Raumfahrt und anderen Branchen konzipiert wurde. Diese Analysatoren sind flexible Plattformen, die sowohl Anwendungen allgemeiner Art als auch hochspezialisierte Signalanalyse-Anwendungen abdecken; im Vergleich zu den Vorgängermodellen bieten sie zum Teil drastische Verbesserungen im Hinblick auf Messgenauigkeit, Dynamikbereich, Messempfindlichkeit, Frequenzauflösung und Messgeschwindigkeit.<BR><BR>Amplitude<BR>Die PSA-Modelle bieten eine etwa zehnmal höhere Amplitudenmessgenauigkeit als bisherige Spektrumanalysatoren der Spitzenklasse – und zwar bei Messungen aller Art, ganz gleich, ob es sich um unmodulierte (CW-) Signale, analog oder digital modulierte Signale oder Rauschen / -seitenbänder handelt. Die neuen Spektrumanalysatoren kombinieren die Amplitudenmessgenauigkeit eines hochwertigen Leistungsmessgerätes mit der Selektivität schmalbandiger Filter. Sie sind dadurch ein vollwertiger Ersatz für eine Kombination aus Leistungsmessgerät und Filter, wie sie bisher für hochgenaue Leistungsmessungen benötigt wurde. Die höhere Amplitudengenauigkeit resultiert aus technischen Verbesserungen in diversen Baugruppen – von der Eingangsschaltung über den Abwärtsmischer bis zum ZF-Teil und Detektor.<BR>Bestimmte Anwendungen erfordern in erster Linie eine möglichst hohe relative Amplitudengenauigkeit und eine möglichst hohe Amplitudenauflösung. Die Spektrumanalysatoren der Familie PSA bieten eine Amplitudenauflösung bis zu 0,1 dB/Skt, eine Referenzpegelauflösung von 0,01 dB und eine dreistellige Marker-Anzeige. Sie eignen sich dadurch hervorragend zur präzisen Charakterisierung von Signalunterschieden und zum Erkennen von Trends.<BR><BR>Dynamik<BR>Der Dynamikbereich eines Spektrumanalysators wird je nach Anwendung unterschiedlich definiert. Die Spektrumanalysatoren der Familie Agilent PSA genügen hinsichtlich aller gängigen Dynamikbereich-Definition höchsten Anforderungen:<BR><BR>· ‚TOI-zu-Rauschen‘-Dynamikbereich – Die Spektrumanalysatoren der Familie Agilent PSA bieten typische Werte von 113 dB und eignen sich dadurch bestens für anspruchsvolle Anwendungen wie z. B. Messung der Nachbarkanalleistung von W-CDMA-Signalen.<BR>· Phasenrauschen-Dynamikbereich – Bei Trägeroffsets zwischen 10 und 100 kHz beträgt das Phasenrauschen nur -113 bis -118 dBc/Hz; bei größeren Offsets glänzen die PSA-Spektrumanalysatoren mit Werten von -142 dBc/Hz (bei 1 MHz) bzw. -145 dBc/Hz (bei 6 MHz). Besonders kritisch ist der Phasenrauschen-Dynamikbereich beispielsweise bei Messungen an GSM-Systemen.<BR>· ‚Log fidelity‘-Dynamikbereich – Die Logarithmierung erfolgt bei diesen Spektrumanalysatoren auf rein digitalem Wege. Der Logarithmierbereich wird daher nur durch das Eigenrauschen des Analysators begrenzt. Signale mit Pegeln von -10 dBm bis knapp über dem Eigenrauschpegel von -156 dBm können gemessen werden, ohne dass die ZF-Verstärkung oder Eingangsabschwächung geändert werden muss.<BR>· ‚Kompressionspegel-zu-Rauschen‘-Dynamikbereich – Der Eingangsmischer der PSA-Spektrumanalysatoren ermöglicht auch bei einem Eingangspegel von +5 dBm noch präzise Seitenbandmessungen mit weniger als 1 dB Seitenbandkompression. Die Geräte eignen sich dadurch hervorragend für Außerband-Messungen in anspruchsvollen Anwendungen wie z.B. Charakterisierung von GSM-Systemen.<BR><BR>Der nutzbare Dynamikbereich wird noch vergrößert durch den über den vollen Frequenzbereich des Analysators spezifizierten Stufenabschwächer (2 dB Schrittweite) und die Möglichkeit, das A/D-Wandler-Dithering abzuschalten, wodurch sich der DANL (angezeigte mittlere Rauschpegel) verringert.<BR><BR>Geschwindigkeit<BR>Spektrummessungen über einen weiten Dynamikbereich und / oder mit hoher Amplitudengenauigkeit dauern oft sehr lange. Geringe Messgeschwindigkeiten sind typisch für schmalbandige Messungen mit herkömmlichen Spektrumanalysatoren. Eine Steigerung der Messgeschwindigkeit durch Wahl einer größeren Auflösebandbreite ist in vielen Fällen nicht möglich, weil sonst die interessierenden Signale im Eigenrauschen untergehen würden oder die Frequenzauflösung zu gering wäre. Rauschmessungen oder Messungen an rauschähnlichen Signalen waren bisher sehr zeitaufwendig, weil man die zufälligen Signalschwankungen durch Verwendung einer geringen Videobandbreite und / oder Messkurvenmittelung reduzieren musste. Die PSA-Spektrumanalysatoren bieten einige Neuerungen, die in solchen Anwendungen die Messgeschwindigkeit spürbar erhöhen:<BR>· Digitale ZF-Filter – Digitalfilter bieten bei gegebener Bandbreite eine höhere Trennschärfe (einen kleineren Formfaktor) und erlauben durch ihre kürzere Einschwingzeit höhere Wobbelgeschwindigkeiten. Außerdem ermöglichen sie eine feinere Abstufung der Auflösebandbreiten; dadurch lässt sich in vielen Fällen ein günstigerer Kompromiss zwischen Messgeschwindigkeit und Auflösung erzielen.<BR>· FFT-Analysefunktion – Den größten Beitrag zu der höheren Messgeschwindigkeit bei schmalbandigen Messungen leistet die FFT-Funktion (Fast Fourier Transformation). Der bei den PSA-Spektrumanalysatoren angewandte FFT-Algorithmus arbeitet mit variabler Blockgröße, einer variablen Anzahl von Frequenzlinien und automatischer A/D-Wandler-Bereichswahl. Das Ergebnis ist eine höhere Genauigkeit und ein größerer Dynamikbereich.<BR>· Geringes Eigenrauschen – Das äußerst geringe Eigenrauschen dieser Spektrumanalysatoren erlaubt es, in vielen Fällen mit einer größeren Auflösebandbreite zu arbeiten als bisher; auch dies kommt der Messgeschwindigkeit zugute.<BR>· Neuartige Messdatenmittelungsverfahren – Die PSA-Spektrumanalysatoren bieten mehrere alternative Detektorbetriebsarten, neuartige Mittelungsverfahren und digitale Videobandbreitenfilter, die einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet werden können, um das Rauschen zu reduzieren.<BR><BR>Auch die Benutzerschnittstelle kann die Messgeschwindigkeit beeinflussen: Wenn die Bildschirmdarstellung nur selten oder zu langsam aktualisiert wird, ist es mitunter schwierig, die Mittenfrequenz- oder Wobbelbandbreiteneinstellungen zu finden, bei der die interessierenden Signale zu sehen sind. Die PSA-Spektrumanalysatoren bieten eine ‚Panning‘-Funktion, welche die Bildschirmdarstellung bei einer Änderung der Mittenfrequenz oder Wobbelbandbreite sofort aktualisiert. Dadurch wird vermieden, dass der Benutzer das Signal ‚aus den Augen verliert‘. Insbesondere bei Abgleicharbeiten spart diese Funktion wertvolle Zeit.<BR><BR>Zusammenfassung<BR><BR>Der Spektrumanalysator Agilent E4440A basiert auf einem völlig neuen Design und stößt in bisher unerreichte Leistungsbereiche vor. Den Kern dieses Designs bildet eine vollständig digitale ZF-Umsetzer- und Signalverarbeitungskette, die herkömmliche Quarz- oder LC-Filter mit ihren langen Einschwingzeiten überflüssig macht. Dieses Design ermöglicht eine wesentlich höhere Frequenzauflösung bei wesentlich höherer Messgeschwindigkeit. Außerdem unterstützt es eine Vielzahl von Detektortypen und wird dadurch den unterschiedlichsten Anwendungen gerecht. Der Benutzer kann die Messparameter so flexibel wie noch nie an die jeweilige Anwendung anpassen und dadurch die Messgenauigkeit und -geschwindigkeit optimieren. Alles in allem ist der E4440A nach Überzeugung von Agilent Technologies nicht nur den Vorgängerprodukten der Familie Agilent 8560, sondern auch allen anderen am Markt angebotenen Spektrumanalysatoren weit überlegen.<BR>Als offene, flexible Plattform lässt sich der PSA einfach an die Anforderungen künftiger HF- und Mikrowellen-Technologien anpassen. Das schnelle digitale ZF-Design ist ein ideales Fundament, das von künftigen Modellen für die Analyse neuer Modulationsformate genutzt werden wird. Demodulatoren für 3GPP und EDGE sind bereits in der Entwicklung. Wie früher der HP 8551, so wird auch die Plattform Agilent PSA die Weiterentwicklung der HF- und Mikrowellen-Technologie selbst fördern.<BR><BR></TD> </TR> <TR> <TD CLASS=detailQuelle> </TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=1 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top></TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=393 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=28 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=174 HEIGHT=1 ALT=""></TD> </TR> </TABLE> <P><I>Diese Seite wurde am 25.09.2004, 13:11 Uhr aktualisiert</I></P> </BODY>