dataTec Applikationsbericht | Frequenzagile Signale sicher analysieren

Applikationsbericht | Frequenzagile Signale sicher analysieren
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Applikationsschrift ::  Frequenzagile Signale sicher analysieren. Für einen guten...

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Applikationsschrift ::  Frequenzagile Signale sicher analysieren.

Applikationsschrift ::  Frequenzagile Signale sicher analysieren.

Für einen guten HF-Ingenieur stellen Dauerstrichsignale und Signale, die sich vorhersehbar wiederholen, keine große Herausforderung dar. Design und Fehlersuche werden aber ziemlich knifflig, wenn man es mit „frequenzagilen" Signalen zu tun hat - also mit Signalen, die in nicht vorhersehbaren Intervallen ihre Frequenz wechseln. Hier einige aktuelle Werkzeuge und Techniken, mit denen man solche schwer fassbaren Signale nicht nur entdecken, sondern auch analysieren und damit zusammenhängende HF-Probleme lösen kann.

Die Analyse von frequenzagilen Signalen ist an sich nicht einfach, und sie wird noch schwieriger, wenn diese Signale in einer mit anderen Signalen derselben Art überlagerten Umgebung vorkommen, also beispielsweise bei Radaranwendungen, in der Wehrtechnik, bei mobiler Netzanbindung und beim Mobilfunk. Um einen Ingenieur in einem solchen komplexen, sich ständig weiterentwickelnden Umfeld zu unterstützen, sind in den letzten Jahren einige neue Signalanalysatoren mit zugehörigen Software-Applikationen auf den Markt gekommen.

Arbeit in einer Umgebung voller dynamischer Signale
Überall auf der Welt ist das ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical) bei 2,45 GHz die vermutlich vielgestaltigste Umgebung dynamischer Signale. Das Frequenzband wird von vielen Geräten benutzt, ist aber vielerorts nur wenig reguliert. WLANs, Bluetooth-Netze, schnurlose Telefone und leistungsstarke Mikrowellenöfen tummeln sich in diesem Frequenzband. Weil Sender in diesem Bereich nicht übergeordnet koordiniert sind, gibt es viele komplexe Interaktionen zwischen ihnen: Interferenzen, Kollisionen, Sendewiederholungen und so weiter. Ab einer bestimmten Belastung des Kanals gibt es so viele Kollisionen (und infolgedessen Sendewiederholungen), dass der Durchsatz plötzlich scharf abfällt. Man nennt diesen abrupten Abfall „Klippeneffekt".

Vorgänge wie Abscannen der Kanäle sind kurz, breitbandig und selten: nur Bruchteile einer Sekunde lang, einige -zig MHz breit, einmal alle paar Sekunden oder gar Minuten. Mit herkömmlichen FFT-Analysetechniken sind solche Vorgänge schwer zu erkennen.

Hingegen erweist sich die Echtzeit-Spektrumanalyse (RTSA, Real Time Spectrum Analysis) bei dieser Aufgabe als ausgesprochen nützlich. Erfreulicherweise braucht man für diese Funktion kein teures Spezialmessgerät mehr, sondern man kann sie nun auch als Aufrüst-Option für die Signalanalysatoren PXA und MXA bekommen.

Über die Spitzenwertspeicherung hinaus
Das 2,4-GHz-ISM-Band ist sowohl dynamisch als auch komplex. Man kann an ihm beispielhaft die typischen Schwierigkeiten der Analyse agiler Signale demonstrieren. Bild 1 zeigt, dass man mittels herkömmlicher Spektrumanalyse nach dem Wobbelprinzip nicht vernünftig herausbekommen kann, was in diesem Band vor sich geht.
Je nachdem, wie viel Zeit und Spektrum ein solches Signal prozentual belegt, zeigt ein herkömmlicher Spektrum analysator bei einem Durchgang nur einen Teil eines oder mehrerer Signal-Bursts. Eine solche Messung ist schwer zu interpretieren, speziell weil die Dynamik der Auflösebandbreite (RBW, Resolution Bandwidth) des Analysators mit der Dynamik des Messsignals interagiert. Spitzenwertspeicherung ist nützlich, wenn man einige Aspekte des Signalumfelds verstehen will. Wenn man die Haltezeit groß genug wählt, wird man vermutlich die meisten Signale in dem betreffenden Band erwischen.
Wählt man die Haltezeit aber zu lang, wird mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Signal das andere verdecken (Bild 1 rechts). Ein Echtzeitanalysator ist in einer solchen Situation eine hocheffektive Alternative, wenn man Umgebungen mit dynamischen Signalen untersuchen will......

Autor: Ben Zarlingo und Spiro Moskov Keysight (vormals Agilents elektronische Messtechnik)
Erschienen: Elektronik messen+testen September 2013

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