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Nachrichtentechnik Labor

Übung 1: Signalmesstechnik

Sommersemester 2012

Electronic Engineering

Kapfenberg

Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik

Messungen mit dem Spektralanalysator

Der Spektralanalysator ist im Prinzip ein Überlagerungsempfänger. Er stellt die Leistung bei einer bestimmten Frequenz innerhalb einer einstellbaren Bandbreite (Resolution Bandwidth) dar.

Einstellung des Frequenzbereiches:

FREQUENCY > Start Frequency FREQUENCY > Stop Frequency

oder

FREQUENCY > Center Frequency SPAN

Einstellung der Amplitude:

AMPLITUDE > Reference Level: oberes Ende des Messbereiches (Bezugspegel)AMPLITUDE > Lin/Log Lineare oder logarithmische Darstellung

Einstellung der Auflösungs-Bandbreite (Resolution Bandwidth RB)

BW > IF Bandwidth

S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 2

Mischer

Signal s(t)

Bandpaßfilter

Durchstimmbarer Oszillator

Leistungs-Detektor

Abstimmspannung

log / linVerstärker


Messung 1: Spektralanalyse einer unmodulierten Trägerschwingung (Clean Carrier)

Messaufbau:

Der Signalgenerator liefert einen Sinusträger mit einstellbarer Frequenz und einstellbarem Signalpegel. Er kann intern und extern (z.B. mit einem Funktionsgenerator) amplituden- und frequenzmoduliert werden.

Aufgabe 1: Messen Sie Zeitfunktion und Spektrum eines unmodulierten Trägers

Trägerfrequenz 70 MHz, Pegel +10dBm.

Dokumentieren Sie die Zeitfunktion und das Spektrum.Notieren Sie die Einstellungen des Spektralanalysators:


Signalgenerator Oszilloskop

RF out RF in

Spektralanalysatorp

RF in


Startfrequenz: 0HzStopfrequenz: 140MHzReference Level: 20dBmRes. Bandwidth: 3MHz

Zero-Response bei 0Hz ist Messtechnisch bedingt!

a) Wie groß ist der Informationsgehalt des Trägers?Da der Träger unmoduliert ist ist der Informationsgehalt 0.

b) Wie groß ist die Bandbreite des Trägers?Theoretisch 0, Praktisch gibt es eine Bandbreite durch das Phasenrauschen des Oszillators.



c) Wie groß ist seine Leistung in Watt ?P[dBm] = 10*log(Pe/1mW) => Pe = 10^(P[dBm]/10)*1mW

7.5mW (8.75dBm) gemessen

d) Wie groß ist der Effektivwert der Spannung des Trägers ?605mV gemessen

U = sqrt(P*R)=612mV

Reduzieren Sie die Res. Bandwidth auf ein Zehntel und wiederholen Sie die Messung. Welcher Unterschied zeigt sich im Spektrum und in der Sweep-Time? Dokumentieren Sie die Spektren.Siehe b)!





Aufgabe 2: Anpassung der Messgeräte an den Signalgenerator

Führen Sie einen Frequenzsweep von 1-200MHz durch und testen Sie verschiedene vorgegebene Kabeltopologien.

Offenes Kabel, T-Stück am SA:



Angeschlossenes Oszilloskop, T-Stück am SA:



Angeschlossenes Oszilloskop, T-Stück am Oszilloskop:



Messung 2: Ermittlung der Dämpfungswerte von Abschwächern

Messen Sie die Dämpfung von 3 Dämpfungsgliedern (Abschwächer, Attenuator).

Tragen Sie die Messwerte in ein Excel-Spreadsheet ein und berechnen Sie die Pegel in dBm und Watt sowie die Effektivwerte der Spannungen an den Punkten 1 – 4 . Zeichnen Sie ein Diagramm der Leistungspegel (EXCEL Tabelle und Diagramm).

Punkt

Dämpfung

Pegel / dBm

Pegel / W

Ueffektiv / mV

1 0dB 9,36 8,6298 20,772 1dB 8,43 6,9663 18,66

31dB + 15dB -6,67 0,2153 3,28

416dB + 25dB -31,8 0,0007 0,18


3x Abschwächer

1 2 3 4Signalgenerator

RF out

Spektralanalysatorp

RF in


Messung 3: Verstärkungsfaktor und Linearität

Messen Sie die Verstärkungskennlinie eines Verstärkermoduls. (Ausgangsleistung in Abhängigkeit von Eingangsleistung) bei einer gegebenen Frequenz.

Tragen Sie die Messwerte in ein Excel-Spreadsheet ein und ermitteln Sie den

1-dB Compression Point 3rd Order Intercept Point


Verstärkermodul

Signalgenerator

RF out

Spektralanalysatorp

RF in


Messung 4: Ermittlung des Frequenzganges

Der Spektralanalysator beinhaltet einen Tracking-Generator. Dieser stellt eine Sinusschwingung mit der am Display augenblicklich angezeigten Frequenz zur Verfügung.

Aufgabe 1: Messen Sie für vorgegebene Filter den Dämpfungsverlauf, die 3-dB Bandbreiten (bei Bandpaßfiltern auch die Mittenfrequenz) und die Einfügungsdämpfung (bei Bandpaßfiltern in Bandmitte). Plotten Sie die Messergebnisse für einen sinnvollen Frequenzbereich.

Verstärker: (Generator: -20dBm + 25dB Dämpfungsglied)


Spektralanalysator

RF inTracking Generator.




Nur Kabel:



Aufgabe 2: Messen Sie den Betrag des Frequenzganges eines vorgegebenen Verstärkermoduls und bestimmen Sie die 3-dB Grenzfrequenzen.


Spektralanalysator



SHP-100: (Hochpass)

Fco 82Mhz (gemessen: 77.57Mhz)



SLP-100: (Tiefpass)

Fco 108MHz (gemessen : 115.79Mhz)



SIF-70 (Bandpass):

IF-70 laut Datenblatt: passband

Stop band (loss <1dB) 58-82MHz

Stop band (loss > 10dB) 16 & 280MHz



Self-made (Tiefpass):



K&L FL888 (Bandpass):





Messung 5: Dämpfung einer Funkstrecke

Ermitteln Sie die Freiraumdämpfung für eine vorgegebene Funkstrecke mit 868 MHz.

Gegeben sind 2 Groundplane-Antennen (λ/4-Strahler), die für die ISM-Bandfrequenz 868MHz abgestimmt sind.

Aufgaben:

1. Verwenden Sie das EXCEL-Spreadsheet für das Link-Budget. Vergleichen Sie die Messwerte mit den Berechnungen.

Gemessene WerteSendeleistung: 0dBmKabeldämpfung: -4,67dBm (bei 0dBm Input) zwischen Empfänger und SignalAnalyzer


Freiraumdämpfung ?Signalgenerator

RF out

Spektralanalysatorp

RF in


Kabeldämpfung: -1,95dBm (bei 0dBm Input) zwischen Sender und SignalGenerator



Gesamte Dämpfung: -46,25dBm



2. Berechnen Sie die Feldstärken des E- und H-Feldes bei der Empfangsantenne aus dem Link-Budget und aus der Messung mit dem Spektralanalysator.

Feldwellenwiderstand = 377Ohm; FlächeKugelstrahler = Lambda^2/(pi/4)



Messung 6: Frequenzgang einer Funkstrecke

Ermitteln und dokumentieren Sie die Freiraumdämpfung für eine vorgegebene Funkstrecke im Bereich 100MHz-3GHz. Kommentieren Sie das Ergebnis.


Spektralanalysator





Messung 7: Link Budget und C/N0

Messen Sie das normierte Signal/Rauschverhältnis für die vorgegebene Funkstrecke bei 868MHz mit Empfangsverstärker. Vergleichen Sie die Messwerte mit dem EXCEL-Spreadsheet.

Berechnen Sie aus der Messung die Rauschzahl des Empfangsverstärkers.


Freiraumdämpfung ?

Signalgenerator

RF out

Spektralanalysatorp

RF in

Verstärkermodul


Sendeleistung: 1µW / -30dBm

Empfangsleistung: -44,92dBm bei RBW 2kHz

Noiseleistung: -95,21dBm bei RBW 2kHz

SNR = 50,29dBm bei RBW 2kHz (=33dBHz)C/N0 = 50,29dBm+33dBHz = 83,29dBHz@1HzSNR für 100kHz = C/N0-50dBHz=33,3dB entspricht 2,138k

C = B*ld(1+SNR) = 100kHz*ld(1+2,138k) =1,106Mbit/s


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