E0401/E Synthesizer Seite 14/57. Name:

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1 HF-Grundlagen. HF-Signalquellen Ausgabe.5 E41/E4. Synthesizer Seite 1/57 HF-Grundlagen. HF-Signalquellen Ausgabe.5 E41/E4. Synthesizer Seite 14/57 Mikrowellenquelle Prinzip-Blockschaltbild Mikrowellenquelle mit Frequenzsynthese Abb..14 Reale CW-Quelle Beispiel für das Signalspektrum Abb..13 Mikrowellenquelle mit Frequenzsynthese Prinzip-Blockschaltbild

2 HF-Grundlagen 3. Modulationsverfahren mit harmonischem Träger Ausgabe.1 3. Amplitudenmodulation (AM) Seite 8/4 HF-Grundlagen 3. Modulationsverfahren mit harmonischem Träger Ausgabe Frequenzmodulation (FM) Seite 6/4 ZEIT- UND FREQUENZBEREICHSDARSTELLUNG EINES ZWEISEITENBAND-AM-SIGNALS (ZSB-AM) (Dual-Sideband-AM, DSB-AM) Beispiele für FM-Signale im Zeit- und Frequenzbereich Zeitbereichsdarstellung monochromatisches Signal (harm. Testsignal) Abb. 3.4 Zweiseitenband-AM (ZSB-AM): Symbol u A Û mod Hilfs-Nulllinie bez. Hüllkurve Zeitbereichsdarstellung monochromatisches Signal (harm. Testsignal) Û T Û mod USS,max USS,min Abb FM-Signal: Zeitbereichsdarstellung T =1/F T S =1/f S Amplitudenspektrum monochromatisches Signal (Testsignal) Abb. 3.5 Zweiseitenband-AM (ZSB-AM): Zeitsignal in allgemeiner Form Signalbeschreibung unter Verwendung des Modulationgrades m: Modulationsgrad m Uˆ U mod SS, max U SS, min m = = Uˆ (Gl. 3.14) U + U T SS, max SS, min [ 1+ m cos( t) ] Uˆ cos( Ω t) u ( t) = ω (Gl. 3.15) A S T u ( t) = Uˆ A T { 1 m cos + cos [( Ω ω ) t ] 1 ( Ω t) + m cos [( Ω + ω ) t ]} S + S (Gl. 3.16) Hüllkurve h(t): h( t) = Uˆ 1+ m cos ω t (Gl. 3.17) T [ ( )] S Abb. 3. FM-Signal: Amplitudenspektrum 1

3 HF-Grundlagen 3. Modulationsverfahren mit harmonischem Träger Ausgabe Frequenzmodulation (FM) Seite 3/4 HF-Grundlagen 3. Modulationsverfahren mit harmonischem Träger Ausgabe.1 41/E4 3.4 Phasenmodulation (PM) Seite 37/4 FM-DEMODULATION Abb. 3. FM-Demodulation mit Diskriminator (FM-Empfänger): Prinzip-Blockschaltbild Abb. 3.8 PSK-Modulation: Spektrum einer symmetrischen 111 -Folge

4 HF-Grundlagen 4. Spektralanalyse Ausgabe Spektrumanalysatoren nach dem Überlagerungsprinzip Seite 9/ HF-Grundlagen 4. Spektralanalyse Ausgabe Spektrumanalysatoren nach dem Überlagerungsprinzip Seite 1/ Spektrumanalysator mit doppelter Frequenzumsetzung Abb. 4.8 Spektrumanalysator: Vereinfachtes Blockschaltbild mit Bedienfunktionen Abb. 4.9 Spektrumanalysator mit doppelter Frequenzumsetzung: Prinzip-Blockschaltbild

5 HF-Grundlagen 5. Eigenschaften linearer Übertragungsglieder Ausgabe Angepasste Signalquelle Seite 5/36 HF-Grundlagen 5. Eigenschaften linearer Übertragungsglieder Ausgabe Allseitig angepasste Übertragungsglieder Seite /36 P L /mw GESAMTGEWINN DER KETTENSCHALTUNG ANGEPASSTER VIERPOLE Uˆ P L = Û ( R + R ) = 4 mv R = 5 Ω L R L Abb. 5. Signalquelle abgegebene Leistung P L als Funktion von R L Abb. 5. zeigt den Verlauf der Wirkleistung P L als Funktion des Lastwiderstands R L in halblogarithmischer Darstellung. Untersucht wurde eine Quelle, die einen Innenwiderstand von R = 5 Ω aufweist. Ihre Leerlaufspannung beträgt U ˆ = 4 mv. Dies entspricht einer verfügbaren Leistung von P V = 1 mw. R L /Ω Abb. 5.1 Allseitig angepasste Vierpole Kettenschaltung Gesamt-Übertragungsgewinn Gü,ges der Kettenschaltung (Gl. 5.9)

6 HF-Grundlagen 6. Leistungsbestimmung hochfrequenter Signale Ausgabe.. 6. Thermoelektrische Sensoren / Diodenmessköpfe Seite 16/36 HF-Grundlagen 6. Leistungsbestimmung hochfrequenter Signale Ausgabe.. 6. Thermoelektrische Sensoren / Diodenmessköpfe Seite 17/36 AUSWERTE- UND ANZEIGEGERÄT FÜR THERMOELEKTRISCHE SENSOREN UND DIODENMESSKÖPFE Abb Schottky-Diode Ideale Kennlinie ohne Bahnwiderstand Abb Schottky-Diode Quadratische Näherung der Kennlinie (vergrößerte Darstellung um den Koordiantenursprung) Abb HF-Leistungsmessgerät für thermoelektrische Sensoren und Diodenmessköpfe Blockschaltbild

7 HF-Grundlagen 6. Leistungsbestimmung hochfrequenter Signale Ausgabe.. 6. Thermoelektrische Sensoren / Diodenmessköpfe Seite /36 HF-Grundlagen 6. Leistungsbestimmung hochfrequenter Signale Ausgabe Wirkleistung im Wechselstromkreis Seite 7/36 Zusammenhang Kalibrierfaktor, Eingangsreflexionsfaktor, effektiver Wirkungsgrad ZSB-AM (Zweiseitenband-Amplitudenmodulation) Bsp. ZSB-AM reflektierte Leistung P r Wandlungsverluste zugeführte Leistung Ph absorbierte Leistung P A ( 1 r E ) eff P A k η angezeigte Leistung PMess P h P Mess Abb Gesamt-Messgerät Zusammenhang Kalibrierfaktor, Eingangsreflexionsfaktor, effektiver Wirkungsgrad Abb. 6.7 ZSB-AM-Signal Spannung an 5 Ω Abb. 6.8 ZSB-AM-Signal Momentan- und Mittlere Leistung an 5 Ω

8 HF-Grundlagen 1. Signale im Zeit- und Frequenzbereich Ausgabe Klirrfaktor-Ermittlung mit dem Spektrum-Analyzer Seite 11/13 HF-Grundlagen 3. Modulationsverfahren mit harmonischem Träger Ausgabe Klirrfaktor-Ermittlung mit dem Spektrum-Analyzer Seite 1/ Klirrfaktor-Ermittlung mit dem Spektrum-Analyzer Das Spektrum einer periodischen Spannung u(t) wird mit einem Spektrum- Analyzer an R = 5 Ω gemessen (Abb. 3.6 auf der nächsten Seite). Die Grundschwingung ist im dargestellten Frequenzbereich enthalten. a) Geben Sie den Oberwellenabstand zwischen der Grundschwingung und der. Oberschwingung (d.h. der 3. Harmonischen) in db an. b) Vervollständigen Sie die Werte in Tab. 3. unten für diejenigen Spektralkomponenten, die für die Ermittlung des Klirrfaktors relevant sind. Geben Sie die Bestimmungsgleichungen für U n (Effektivwert) und Û n an. Hinweis: für die Ermittlung der Leistungen in Watt gilt: P / dbm P / W = mw c) Bestimmen Sie den Klirrfaktor k in % mit: den Effektivwerten U n ; den Amplituden Û n ; der Leistungen P n der Spektrallinien. d) Welche Aussage lässt sich über die Symmetrie-Eigenschaft (Tastgrad) des Zeitsignals treffen? Begründen Sie Ihre Antwort. e) Wie groß ist die Frequenz des Zeitsignals? n f n / MHz Marker P n / dbm P n / µw U n / mv Û n / mv, ,15 3,6 1 Abb. 3.6 Amplitudenspektrum eines Klirrfaktor-behafteten Signals an R = 5 Ω Tab. 3. Tabelle zur Klirrfaktor-Ermittlung mit dem Spektrum-Analyzer (R = 5 Ω) Amplitudenspektrum Abb. 3.6 auf der nächsten Seite schulungsunterlagen_uebungsaufg_kap1.doc schulungsunterlagen_uebungsaufg_kap1.doc 7-1-6

9 HF-Grundlagen 3. Modulationsverfahren mit harmonischem Träger Ausgabe Zweiseitenband-Amplitudenmodulation (ZSB-AM) Seite 4/1 HF-Grundlagen 3. Modulationsverfahren mit harmonischem Träger Ausgabe Zweiseitenband-Amplitudenmodulation (ZSB-AM) Seite 5/1 3.3 Zweiseitenband-Amplitudenmodulation (ZSB-AM) In Abb. 3/3 ist das Amplitudenspektrum eines ZSB-AM-Signals an 5 Ω dargestellt. -.4 dbm 1. MHz -3.5 dbm.999 MHz -3.5 dbm 1.1 MHz e) Gesucht ist die Zeitbereichs-Darstellung dieses Signals auf einem Oszilloskop bei widerstandsrichtigem Abschluss. Ein Eingangs-Dämpfglied wird nicht verwendet. Am Oszilloskop wurden die Einstellungen nach Tab. 3/1 vorgenommen. Bedienelement Einstellung y-eingang y-eingangskopplung y-eingangsabschwächer y-var y-pos Zeitbasis Ablenkkoeffizient x-var x-pos Trigger Trigger-Slope Trigger-Level Trigger-Couple AC 1 mv/div (1:1) Cal Rastermitte (s. Abb.3/4),1 ms/div (Magnifier: x 1) Cal linker Rasterrand (s. Abb.3/4) (negative) +5 mv DC Tab. 3/1 Amplitudenmodulation Oszilloskop-Einstellungen Tragen Sie die Darstellung, die man auf dem Oszilloskop mit den Einstellungen von Tab. 3/1 erhält, maßstabsgetreu in das Schirmbild von Abb.3/4 ein. Abb. 3/3 ZSB-AM Amplitudenspektrum an 5 Ω a) Durch welche Eigenschaft des AM-Signals wird die Lautstärke-Information des Modulationsignals dargestellt? b) Durch welche Eigenschaft des AM-Signals wird die Tonhöhen-Information des Modulationsignals dargestellt? c) Berechnen Sie die Gesamtleistung (HF-Leistung) P HF des modulierten Signals aus den maßgeblichen Spektralkomponenten in W und in dbm. P HF = W P HF = dbm Abb. 3/4 Amplitudenmodulation Zeitbereichsdarstellung mit dem Oszilloskop d) Berechnen Sie den Modulationsgrad m. m = %