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Spektrum-Analysatoren

Ein Spektrumanalysator stellt elektrische Signale in ihrem Frequenzbereich dar. Im Gegensatz zu den verwandten Oszilloskopen, welche Signale nach ihrem zeitlichen Verlauf abbilden, stellen Spektrumanalysatoren eine gemäß ...

      

    

Was ist ein Spektrumanalysator?

Ein Spektrumanalysator stellt elektrische Signale in ihrem Frequenzbereich dar. Im Gegensatz zu den verwandten Oszilloskopen, welche Signale nach ihrem zeitlichen Verlauf abbilden, stellen Spektrumanalysatoren eine gemäß der Frequenzverteilung des Signals gewichtete Kurve auf dem Bildschirm dar. Aktuelle Spektrumanalysatoren arbeiten rein digital mit leistungsstarken Signalprozessoren und erlauben neben der grafischen Darstellung des Frequenzspektrums weitergehende Signalanalysen und Messungen. Der Analyse-Frequenzbereich gängiger Spektrumanalysatoren reicht hierbei vom Kilohertz- bis in den Gigahertzbereich. Spektrumanalysatoren werden im Labor-, Service- und Produktionsbereich sowie für EMV-Messungen eingesetzt.

Welche Ausführungen und Bauarten von Spektrumanalysatoren gibt es?

Obwohl portable Handheld-Ausführungen und für den USB-Anschluss vorgesehene Geräte ohne eigene Bedienelemente am Gehäuse verfügbar sind, wird der Markt im Bereich der Spektrumanalysatoren eher von Stand-Alone-Geräten mit eigenem Display dominiert. Unterschiede gibt es in Größe und Auflösung des eingebauten TFT-Farbdisplays, sehr preisgünstige Einstiegsgeräte mit begrenztem Frequenz- und Funktionsbereich besitzen teils lediglich ein monochromes LC-Display. 

Neben Spektrumanalysatoren für allgemeine Zwecke gibt es Geräte, die speziell für EMV-Messungen ausgerüstet sind. Neben einem entsprechend erweiterten Frequenzbereich verfügen derartige Modelle noch über spezielle Messfunktionen, die genau für diesen Einsatz nötig und zugeschnitten sind.

Kaufkriterien für Spektrumanalysatoren – Worauf kommt es an?

Am wichtigsten ist selbstverständlich, dass der gesamte für die vorgesehenen Messaufgaben benötigte Frequenzbereich abgedeckt wird. Aufmerksamkeit verdient ebenfalls die Auflösungsbandbreite. Sie muss einerseits klein genug sein, um einzelne Signale voneinander unterscheiden zu können, einen niedrigen Rauschpegel zu gewährleisten und Signalbandbreiten messen zu können. Andererseits soll sie groß genug sein, um sporadische Signale zu finden und eine gute Demodulation zu ermöglichen. Dieser Filterbandbreitenwert wird in Datenblättern als RBW (Resolution Bandwidth) spezifiziert. Größe und Auflösung des eingebauten Bildschirms sind maßgeblich für gute Ablesbarkeit und eine detaillierte Darstellung des Frequenzspektrums. Ein integrierter Vorverstärker erhöht die Empfindlichkeit des Spektrumanalysators, so dass selbst kleine Signalamplituden gemessen werden können. Zum anderen erlaubt ein Eingangs-Abschwächer mit einer hohen maximalen Signalabschwächung das Messen starker Signale ohne zusätzliche Hilfsmittel. Mithilfe eines Tracking Generators werden die Messfunktionen erweitert, unter anderem mit Reflektions- und Frequenzgangsmessungen. Höherwertige Modelle sind oft zusätzlich mit einem DVI-Ausgang ausgestattet, wodurch der Bildschirminhalt auf einem größeren Monitor dargestellt werden kann. Eine angenehme Bedienergonomie ist ebenso wichtig wie klar strukturierte Bedienelemente und ein gut ablesbares Display.

Wie viele andere Messgerätschaften stellen Spektrumanalysatoren im gewerblichen Einsatz häufig ein kalibrierpflichtiges Gerät dar. Es ist daher ratsam, schon im Vorfeld darauf zu achten, dass das Gerät nach der entsprechenden Kalibriernorm – beispielsweise ISO oder DAkkS – kalibrierfähig ist. Wenn bei entsprechend ausgerüsteten Spektrumanalysatoren öfter mit AM- oder FM-Demodulationen gearbeitet werden soll, ermöglicht ein eingebauter Lautsprecher dies, ohne ständig einen Kopfhörer tragen zu müssen. Zudem können andere Personen bei Bedarf mithören. 

FAQ – häufig gestellte Fragen zu Spektrumanalysatoren

Manche Oszilloskope bieten eine eingebaute Spektrumanalyse-Funktion. Wird dann überhaupt noch zusätzlich ein spezialisierter Spektrumanalysator benötigt?

Der Frequenz- und Leistungsumfang dieser integrierten Funktionalität sollte nicht mit einem richtigen Spektrumanalysator verglichen werden. Es ist eher ein Hilfsmittel für sehr einfache Messungen im niedrigen Frequenzbereich mit stark eingeschränkter Genauigkeit und Aussagekraft.

Einige Spektrumanalysatoren verfügen über eine Frequenzzähler-Funktion. Ersetzt diese gleichzeitig einen separaten Frequenzzähler?

Technisch bedingt ist die Frequenzauflösung und Genauigkeit begrenzt und der eines Frequenzzählers deutlich unterlegen.

Kann ein Spektrumanalysator ein Oszilloskop ersetzen?

Ein Spektrumanalysator ist nicht dafür gedacht, Signalformen in ihrem zeitlichen Verlauf zu betrachten und zu messen. Ein Oszilloskop kann er deshalb – genau wie im umgekehrten Fall – nicht ersetzen. 

Fazit: So kaufen Sie den richtigen Spektrumanalysator für Ihre Zwecke

Möchten Sie Precompliance- EMV-Messungen durchführen, empfiehlt sich ein Spektrumanalysator mit einem Frequenzbereich von mindestens 3 GHz. Hierzu ist noch ein Satz an geeigneten Nahfeldsonden notwendig, welcher im Set meist Preisvorteile gegenüber dem Einzelkauf bietet. Teilweise sind komplette Precompliance-Sets, bestehend aus dem Spektrumanalysator und gegebenenfalls den notwendigen Geräteoptionen, sowie einem Sonden- und Kabelsatz erhältlich.

Im Regelfall müssen mehrere Werte eines Frequenzspektrums quantifiziert werden. Hierzu ist es wichtig, dass eine ausreichende Anzahl gleichzeitig einsetzbarer Marker verfügbar ist, um bei komplexeren Spektren nicht erst umständlich bereits aktivierte Marker löschen und neu setzen zu müssen. 

Für Frequenzganganalysen von Filtern und Verstärkern wird ein eingebauter Trackinggenerator benötigt. Ist dieses Leistungsmerkmal nicht in der Grundausstattung enthalten, achten Sie darauf, dass diese Option bei Bedarf nachrüstbar ist. Je nach Herstellerpolitik muss entweder schon beim Kauf ein Modell mit entsprechender Ausstattung gewählt werden, oder es besteht die Möglichkeit, derartige Optionen bedarfsgerecht nachrüsten zu können. Dies kann über entsprechende Lizenzen oder in Form von Moduleinschüben geschehen. Das Gleiche gilt oft für Kommunikationsschnittstellen, welche mit zusätzlichen Modulen erweitert beziehungsweise angepasst werden können, um den Spektrumanalysator mit dem PC oder einem Testsystem zu verbinden. Gängig sind hier USB-, GPIB/IEEE-488, Ethernet- und RS-232-Interfaces.

Achten Sie besonders auf Auflösung und Qualität der Bilddarstellung und eine ausreichende Größe des TFT-Bildschirms. Selbst die besten technischen Daten helfen wenig, wenn der eingebaute Bildschirm nur relativ grobpixelige oder kontrastarme Bilder liefert. Ebenso wie bei einem digitalen Speicheroszilloskop ist bei einem Spektrumanalysator eine gute Darstellungsqualität wichtig für die Nutzung.

Eine frontseitige USB-Buchse ist sehr praktisch, um Screenshots und komplette Messdatensätze zu speichern und auf den PC zu übertragen beziehungsweise um Gerätekonfigurationen zu sichern und wiederherzustellen. Auch Softwareupdates sind damit einfach möglich. Ist ein Kalibrierprotokoll erforderlich, sollte die Kalibrierung am besten gleich mitbestellt werden, um unnötige Versand- und Ausfallzeiten zu vermeiden. 

Zubehör für Spektrumanalysatoren

Sowohl für direkte elektrische Messungen als auch zum Anschluss von Messantennen und Tastköpfen sind BNC-Messleitungen erforderlich. Verschiedene Antennen- und Nahfeldsonden decken hierzu einen breiten Anwendungsbereich der HF-Messtechnik ab. Software-Upgrades und Zusatzmodule der Gerätehersteller erweitern die Funktionalität um zusätzliche Messfunktionen oder Performance-Steigerungen. Für Phasen- und Stehwellenmessungen sind spezielle Messadapter verfügbar. 19-Zoll-Einbaukits ermöglichen den Einbau in Geräteschränke und Testracks, Transporttaschen den geschützten Transport von Gerät und Zubehör.

Führende Hersteller von Spektrumanalysatoren

Bekannte Marken und Hersteller sind GW Instek, Rigol und Rohde & Schwarz.

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