Ratgeber
Zusammen mit dem Oszilloskop gehört der Spektrumanalysator zu den wichtigsten Messgeräten in der Elektro-Messtechnik. Ein solcher Analysator wird für die Betrachtung von Signalen im Frequenzbereich oder für die Messung des Phasenrauschens benötigt. Erfahren Sie in unserem Ratgeber, wo Spektrumanalysatoren eingesetzt werden und was ein FET-Spektrum-Analysator ist.
Was ist ein Spektrumanalysator?
Ein Spektrum-Analysator ähnelt mit seinem großen eingebauten Display optisch stark einem Oszilloskop. Ein solcher Analysator besitzt allerdings in der Regel nur einen Messeingang. Im Gegensatz zu einem Oszilloskop ist ein Spektrumanalysator in der Lage, die Frequenzanteile eines am Messeingang anliegenden Signals darzustellen. Dabei werden auf der x-Achse des angezeigten Bildes die Frequenzwerte dargestellt, während die y-Achse die Amplitude von einzelnen Frequenzanteilen zeigt. Entsprechende Geräte können, je nach Modell, für Frequenzbereiche bis über 40 GHz verwendet werden. Eingesetzt werden Spektrum-Analysatoren unter anderem in den Bereichen Wartung, Installation sowie in der Fertigung.
Eine gebräuchliche Messmethode bei einem Spektrumanalysator (englisch: Spectrum Analyzer) ist die FFT-Methode, wobei das Kürzel FFT für Fast-Fourier-Transformation steht. Mit einem FFT-System kann aus einem im Zeitbereich erfassten Signal das Frequenzspektrum berechnet werden. Eine weitere Methode, um Messungen mit einem Spektrumanalysator durchzuführen, ist das sogenannte Überlagerungsverfahren. Ein entsprechendes Gerät ist in der Lage, Signale bis in den Bereich von Mikro- beziehungsweise Millimeterwellen dazustellen. Das Spektrum des Eingangssignals erfolgt in diesem Fall durch eine direkte Analyse im Frequenzbereich und nicht durch die Berechnung aus dem Zeitverlauf.
Vorteile bei einer Messung mit der FFT-Methode sind der eher geringe technische Aufwand, der im Spektrumanalysator betrieben werden muss, sowie die hohe Messgeschwindigkeit. Als nachteilig kann sich dagegen die niedrige mögliche Bandbreite erweisen. Bei höheren Bandbreiten ist mit einer nur geringen spektralen Auflösung sowie einem deutlich reduzierten Dynamikumfang zu rechnen. Dagegen weist ein Spectrum Analyzer, der nach dem Prinzip des Überlagerungsverfahrens arbeitet, einen Eingangsfrequenzbereich auf, der unabhängig von der A/D-Wandlerrate ist. Durch Vorselektion ist zudem eine hohe Unterdrückung von nicht erwünschten Spektralanteilen möglich. Die Vorteile beider Messmethoden lassen sich auch in einem Gerät vereinen.
Bei einem normalen Echtzeit-Spektrumanalysator handelt es sich gewöhnlich um ein stationäres Tischgerät, das für den Betrieb in Laboren und Werkstätten gedacht ist. Viele dieser Geräte lassen sich über ein Kabel auch direkt mit einem Computer sowie einer speziellen PC-Software verwenden. Eine weitere Möglichkeit stellen die USB-Analysatoren dar. Diese sind deutlich kompakter, haben allerdings auch kein eingebautes Display und keine Bedienelemente. Ein solches Messgerät ist ausschließlich in Kombination mit einem Computer einsetzbar. Der Anschluss erfolgt über die USB-Schnittstelle. Damit Messungen durchgeführt werden können, muss auf dem Rechner eine spezielle Software installiert sein, über die der USB-Analysator vollständig bedient wird.
Für den mobilen Einsatz sind besonders kompakte Handheld-Modelle erhältlich. Die Geräte bieten einen großen Funktionsumfang und besitzen zudem ein eingebautes Display, auf dem die Messungen direkt überwacht werden können. Die meisten Handheld-Analysatoren lassen sich auch an den PC anschließen. Mit einer zum Messgerät gehörenden Software können die ermittelten Ergebnisse komfortabel am großen Monitor bearbeitet werden. Wenn höchste Zuverlässigkeit unter schwierigsten Bedingungen gefragt ist, schlägt die Stunde der Outdoor-Messgeräte. Dabei handelt es sich um Spektrumanalysatoren, deren Funktionsumfang einem Laborgerät in nichts nachsteht. Ein solches Gerät ist eigentlich ein eigenständiges Notebook, bei dem das Display auch als Abdeckung der Tastatur dient. Installiert ist gewöhnlich eine komplexe Software, deren Funktionalität selbst für anspruchsvollste Anwendungen ausreicht. Diese Messgeräte sind besonders robust, selbst extreme Wetterbedingungen können ihnen nichts anhaben. Verwendet werden sie zum Beispiel auf Baustellen und in Bergwerken. Aber auch im militärischen Bereich sowie in der Luft- und Raumfahrt kommen sie zum Einsatz.
Was muss ich beachten, wenn ich einen Spektrumanalysator kaufe?
Die erste Frage, die sich beim Kauf eines Spektrumanalysators stellt, ist die nach dem Einsatzgebiet.
Ist ein Tischgerät für Ihre Zwecke ausreichend oder soll das Gerät auch tragbar sein? Ebenfalls von großer Bedeutung ist der Frequenzbereich, in dem das Messgerät arbeiten kann.
Analysatoren bieten eine Vielzahl verschiedener Schnittstellen wie etwa RS232, USB, RJ45 oder HDMI. Ermitteln Sie im Vorfeld, was genau Sie benötigen.
Achten Sie zudem auf die Anzahl der analogen und digitalen Eingänge. Soll das Messgerät an einen Computer angeschlossen werden, ist darauf zu achten, dass die dazugehörige Software mit dem Betriebssystem kompatibel ist. Speziell bei Linux und OSX muss das nicht zwangsläufig der Fall sein.
Unser Praxistipp: Spektrumanalysator in einem 19“-Geräteschrank montieren
Falls Sie den Einbau eines Spektrumanalysators in einen 19“-Geräteschrank planen, sollten Sie bedenken, dass dies nicht mit jedem auf dem Markt erhältlichen Gerät möglich ist. Darüber hinaus sind für den Einbau in den meisten Fällen spezielle Einbaukits erforderlich, die gewöhnlich separat gekauft werden müssen.
FAQ – häufig gestellte Fragen zu Spektrumanalysatoren
Wie unterscheidet sich ein Netzwerkanalysator von einem Spektrumanalysator?
Mit einem Netzwerkanalysator können Betrag und Phase des Frequenzgangs gemessen werden. Dagegen lässt sich mit einem Spektrumanalysator nur der Betrag des Frequenzgangs ermitteln.
Was versteht man unter einem elektrischen Signal?
Unter einem elektrischen Signal versteht man eine variable physikalische Größe wie Spannung, Strom oder Frequenz. Die Grundlage der elektrischen Signale bilden dabei die deterministischen und stochastischen Signale. Zu den deterministischen Signalen zählen periodische (Sinus), nicht periodische (Pendelschwingung) sowie quasiperiodische Signale (EKG). Dagegen lassen sich stochastische Signale in stationäre (Rauschen) und nicht stationäre Signale (Sprache oder Musik) unterteilen.
Welches sind die führenden Hersteller von Spektrumanalysatoren?
Analysatoren, die sich auch für anspruchsvolle professionelle Aufgaben eignen, gibt es unter anderem von Rohde & Schwarz, Rigol und GW Instek.