Fragen und Antworten zur Spektrumanalyse

Was ist ein Spektrumanalysator?

Ein Spektrumanalysator ist ein Messgerät, das die Frequenzkomponenten eines elektrischen Signals erfasst und diese in einem Diagramm als Frequenzspektrum darstellt. Dabei wird auf der X-Achse in der Regel die Frequenz und auf der Y-Achse die Amplitude – meist im logarithmischen Maßstab entweder als Spannung oder als Leistung (dBm) – abgebildet. Im Gegensatz zum Oszilloskop stellt ein Spektrumanalysator also den Signalverlauf im Frequenzbereich und nicht im Zeitbereich dar. Die digitale Verarbeitung vom Zeit- in den Frequenzbereich wird über die sog. schnelle Fourier-Transformation (FFT) realisiert. Mit geeigneten Filtern können auch Pulssignale und Transienten detektiert werden.

Viele Spektrumanalysatoren verfügen über den Zero-Span-Modus, um sowohl die Phase als auch die Amplitude eines Signals zu analysieren und dieses auf einer gewünschten Frequenz zu demodulieren. Neben der einfachen Darstellung eines Signals auf dem Display sind auch Messungen von Rauschen, Verstärkung, belegter Signalbandbreite oder Nachbarkanalleistung möglich. Die detektierten Signale können zur weiteren Analyse mit entsprechenden Software-Tools exportiert werden.

Welche Messungen werden mit einem Spektrumanalysator durchgeführt?

Der Spektrumanalysator ist eines der wichtigsten Prüfgeräte in den Bereichen Hochfrequenztechnik und Digitaltechnik. Zu den typischen Messungen mit dem Spektrumanalysator gehören die Frequenzanalyse, Bandbreitenmessung und Fehleranalyse in elektronischen Systemen. Die Frequenzanalyse untersucht das Frequenzverhalten von elektronischen Bauteilen und komplexen Systemen. Mit der Bandbreitenmessung lässt sich die Bandbreite von Signalen bestimmen, um deren Frequenzverteilungen besser zu verstehen. Das ist besonders wichtig in der Kommunikationstechnik, um zu gewährleisten, dass die übermittelten Signale innerhalb der vorgesehenen Bandbreiten bleiben. In der Fehleranalyse werden Spektrumanalysatoren eingesetzt, um die Ursache von Problemen in elektronischen Systemen zu identifizieren, beispielsweise unerwünschte Frequenzkomponenten, Interferenzen oder EMV-Probleme.

In der Elektronikentwicklung gehört die Spektrumanalyse zu den wichtigsten Messverfahren. Ingenieure analysieren das Signalverhalten von elektronischen Bauteilen, um deren Funktion zu überprüfen und mögliche Fehlerquellen frühzeitig zu identifizieren. Die Einhaltung der immer strengeren EMV-Richtlinien macht den Spektrumanalysator zu einem unverzichtbaren Tool.

Was ist der Unterschied zwischen einem Spektrumanalysator und einem Signalanalysator?

Ein Spektrumanalysator detektiert die in einem ausgewählten Spektrumbereich vorhandenen Signale.Ein Signalanalysator, auch Vektorsignalanalysator (VSA), kommt für die Demodulation und Analyse von Signalen mit komplexer, digitaler Modulation zum Einsatz. Ein Signalanalysator erfasst Signale auf einer festen Mittenfrequenz und nutzt Filter, um den Frequenzmessbereich (Bandbreite) für die Spektrumanzeige einzustellen. Ein Spektrumanalysator durchläuft dagegen einen größeren Frequenzbereich. Die meisten VSA verfügen auch über einen Spektrumanalyse-Modus, der sich besser für die Detektion von Störsignalen eignet. Dabei wird der Frequenzmessbereich des erfassten Signals vergrößert.

Was versteht man unter dem Dynamikbereich eines Spektrumanalysators?

Der Dynamikbereich beschreibt ganz allgemein die maximalen und minimalen Werte, die ein Messgerät erfassen kann. Bei einem Spektrumanalysator, der für die gleichzeitige Detektion mehrerer Signale entwickelt wurde, entspricht die Dynamik der Fähigkeit, ein schwaches Signal in Gegenwart eines starken Signals zu detektieren. Der Dynamikbereich eines Spektrumanalysators ist also das Verhältnis eines größeren Signals zu einem kleineren Signal (Angabe in dB). Er gehört zu den fundamentalen Leistungskriterien eines Spektrumanalysators.

Der Dynamikbereich ist im Hinblick auf das schwächere Signal durch das Eigenrauschen des Analysators begrenzt. Das Eigenrauschen wird anhand des gemittelten angezeigten Rauschens spezifiziert (DANL: displayed average noise level, Angabe in dBm), normalisiert auf 1 Hz Auflöse-Bandbreite. Ein Vorverstärker reduziert das gemittelte angezeigte Rauschen, sodass man schwache Signale besser detektieren kann. Hierdurch wird jedoch der Dynamikbereich verringert.

Welche Rolle spielt der Spektrumanalysator bei EMV-Messungen?

Bei allen elektronischen Geräten muss nach den geltenden Normen (VDE / EN) überprüft werden, ob sie elektromagnetische Strahlung an die Umgebung abgeben und wie hoch diese Werte bei unterschiedlichen Frequenzen sind. Ein geeignetes Messgerät für EMV-Tests ist unter anderem der Spektrumanalysator. Mit ihm lässt sich feststellen, bei welcher Frequenz die Abstrahlung erfolgt, wie hoch der Leistungspegel dieser Frequenz ist und ob ein zulässiger Grenzwert überschritten wird. Der Spektrumanalysator kommt für die Pre-Compliance-Prüfung und EMV-Konformitätstests zum Einsatz.

Welche Frequenzbereiche deckt ein Spektrumanalysator ab?

Ein Spektrumanalysator kommt für vielfältige Anwendungen zum Einsatz. Entsprechend umfangreich ist die Auswahl an verfügbaren Modellen und Leistungsparametern. Das Angebot reicht von preisgünstigen Analysatoren mit einem Frequenzbereich ab 2 Hz über tragbare (handheld) sowie universelle Mittelklasse-Geräte bis hin zu vollausgestatteten 110-GHz-Spektrumanalysatoren. Ein hochwertiger Signal- und Spektrumanalysator zeichnet sich unter anderem durch eine herausragende Signalintegrität, hohe Messgeschwindigkeit und Empfindlichkeit sowie durch ein geringes Phasenrauschen aus.

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