Spektrumanalysatoren  (281 Angebote unter 30.847.740 Artikeln)Zum Expertenwissen

Spektrumanalysatoren zur Auswertung von Signalen

Ein Spektrumanalysator dient dazu, in einem Signal enthaltene Frequenzen als Messgrößen darzustellen bzw. anzuzeigen. Die Anzeige dieser Signale erfolgt ähnlich wie bei einem Oszilloskop. Der Unterschied besteht darin, dass die Signale nicht in einem bestimmten Zeitbereich, sondern innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches (Frequenzspektrum) dargestellt werden. Die horizontale Achse ist dabei die Frequenzachse. Die Amplituden der enthaltenen Frequenzen werden auf der vertikalen Achse abgebildet. Durch diese Darstellung der Frequenzen bzw. deren Amplituden innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches entsteht ein Bild, das im Allgemeinen als Spektrum bzw. Frequenzspektrum bezeichnet wird. Die Darstellung auf dem Bildschirm bzw. dem Display des Spektrumanalysators erfolgt in der Regel innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches. Auch die Amplitude der gemessenen Signale wird innerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches dargestellt. Der Bereich darzustellender Frequenzen auf einen Spektrumanalysator sollte im Idealfall dem Bandbereich des gemessenen Frequenzbereiches entsprechen.

FFT-Analysatoren und Überlagerungsempfänger

Sogenannte FFT-Analysatoren (FFT = fast Fourier transform) ermöglichen die zeitliche digitale Auswertung eines elektronischen Signals. Es handelt sich hier um ein Verfahren, das eine relativ einfache und günstige Alternative zu anderen Spektrumanalysatoren darstellt. Es erfolgt hierbei eine mathematische Berechnung des Spektrums aus dem Zeitverlauf eines Signals. Die verwendeten Analog-Digitalwandler in solchen Schaltungen sollten Abtastraten besitzen, die mindestens den doppelten Wert der Eingangsbandbreite aufweisen. Durch diese Tatsache werden äußerst schnelle Analog-Digitalwandler benötigt, weshalb der Frequenzbereich dieser Anwendung meistens auf den Niederfrequenzbereich beschränkt ist.

Für Spektrumanalysen im hochfrequenten Bereich werden meistens analoge Schaltungen eingesetzt, die prinzipiell denen von Überlagerungsempfängern entsprechen. Die hochfrequenten Eingangssignale werden in sogenannte Zwischenfrequenzen umgesetzt, die eine wesentlich genauere Signalauswertung ermöglichen. Messungen bzw. Frequenzanalysen direkt im hochfrequenten Bereich würden hier erhebliche Schwierigkeiten verursachen oder gar unmöglich sein. Die Darstellung der Amplituden auf dem Bildschirm erfolgt in der Regel logarithmisch, damit ein möglichst großer dynamischer Bereich dargestellt werden kann.

Wichtige Kriterien bei Spektrumanalysatoren

Die sogenannte Auflösungsbandbreite spielt bei einem Frequenzanalyseautor eine sehr wichtige Rolle. Unter dieser ist der kleinste Frequenzabstand zu verstehen, den zwei benachbarte Signale mit gleicher Amplitude haben dürfen, sodass noch eine getrennte Bestimmung jedes der beiden Signale möglich ist. Bestimmt wird die Auflösungsbandbreite durch die Bandpässe. Der Frequenzhub gehört ebenfalls zu den wichtigen Kriterien. Hier handelt es sich um den Bereich zwischen der tiefsten und der höchsten Frequenz. Der Frequenzhub vergrößert sich mit größerem Pegel und höherer Dynamik.

Anwendungsbereiche und Einschränkungen der Spektrumanalyse

Häufig werden Spektrumanalysatoren zur Messung von Feldstärken, Klirrfaktoren oder Interferenzen sowie zur Messung von Störspannungsabständen eingesetzt. In Verbindung mit einem Signalgenerator (Wobbler) werden Spektrumanalysatoren häufig auch zur Bestimmung eines Frequenzgangs von passiven und aktiven Vierpolen eingesetzt. Diese können beispielsweise aus Kabeln, Schwingkreisen oder Filtern bestehen.

Natürlich hat die Spektrumanalyse auch ihre Grenzen. Vor allem sind es einmalig vorkommende Signale (Hochfrequenz oder Niederfrequenz) sowie Signale, die starken Veränderungen unterlegen sind, die bei der Spektrumanalyse Schwierigkeiten bereiten. Solche Signale können nur durch eine sogenannte Echtzeit-Spektrumanalyse erfasst werden, bei der einmalig vorkommende Signale aufgezeichnet und zwischengespeichert werden, nachdem sie in der Regel auf eine niedrigere Frequenz (Zwischenfrequenz) heruntergemischt, digitalisiert und anschließend ausgewertet wurden.