Messungen am Prüfgenerator für 868 MHz mit dem VNWA als Spektrumanalysator

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1 Messungen a Prüfgeneraor für 868 MHz i de VNWA als Spekruanalysaor Für Teszwecke an der Groundplane-Anenne von G1 hae Ludwig aus seine Fundus einen Prüfgeneraor für 868 MHz igebrach, den er als Bausaz von ELV aufgebau hae [1]. Bild 1 zeig eine Ansich des Prüfgeneraors. Der Generaor wird i eine Seckernezeil i 12 V versorg. Folgende Beriebsaren können i eine Kippschaler gewähl werden: a) unodulier, b) 1 % AM, 1 khz inern, c) 1 % AM, exern. Die Ausgangsleisung kann i eine Poenioeer zwischen -35 db und -2 db variier werden. Bild 1: Ansich des Prüfgeneraors TG 48 von ELV. An der BNC-Buchse HF-Ou is eine λ/4-anenne angeschlossen (hinen rechs). Links i Bild is der Kippschaler zur Wahl der Modulaion zu sehen. In der echnischen Dokuenaion des Prüfgeneraors sind die Daen nach Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1: Technische Daen des Prüfgeneraors TG 48 von ELV. Signalfrequenz 868,35 MHz ax. Frequenzabweichung ± 15 khz Pegelbereich -35 db bis -2 db Ausgangsipedanz 5 Ω Modulaionsaren ohne Modulaion (Dauersrichsignal), inerne AM- Modulaion (1 %, 1 khz), exerne AM- Modulaion (1 %) Spannungsversorgung V DC, 5 A Abessungen 57 x 59 x 24 3 Nach den Unersuchungen der Groundplane-Anenne i de Nezwerkanalysaor VNWA ha ich nun ineressier, wie das Spekru des Prüfgeneraors aussieh [2]. Dazu seze ich den VNWA als Spekruanalysaor ein [3]. Nach der Frequenzkalibrierung des VNWA i de Frequenzzähler FC 78 kann s losgehen [3]. Bild 2 zeig die gewählen Einsellparaeer für die Spekralanalyse. Bild 2: Einsellenu "Specru Analyzer Sweep Seings" in der Sofware des VNWA. 1/5

2 Der Tesaufbau sieh wie folg aus: der Prüfgeneraor wird auf den Pegel -2 db eingesell und i seiner Anenne ewa 7 c neben die Groundplane-Anenne GP 868 der Fa. Aurel [2] posiionier. Die Groundplane-Anenne wird über das RG 58 Koaxialkabel i einer Länge von 1,16, BNC-SMA Adaper, 19,5 c RG 223 an den RX Eingang des VNWA angeschlossen. In der Beriebsar "unodulier" zeig Bild 3 das Messergebnis i Frequenzbereich von 868,35 MHz bis 868,315 MHz, also eine Spanne von 1 khz. Die eingeselle Auflösungsbandbreie beräg 25 Hz, insgesa werden 4 Messpunke i gezeigen Frequenzbereich aufgenoen, vgl. Bild 2. Die Ordinae zeig das epfangene Signal S 21 in db (nich auf Leisung kalibrier). Drei Maxia sind zu erkennen, die jeweils in der Mie eine Einsenkung (Dip) aufweisen. Diese ko dadurch zusande, dass hier die Frequenz i der des Lokaloszillaors des VNWA übereinsi. Das Mischsignal ha dann eine sehr niedrige Frequenz und kann daher wegen der AC-Kopplung i der Soundkare des PC nich ehr überragen werden [3]. Diese drei Dips sind i den Markern 1 bis 3 bezeichne. Marker 1 zeig das Haupaxiu bei 868,311 MHz. Dieses lieg innerhalb des Toleranzbereichs des Prüfgeneraors, wie er in Tab. 1 angegeben is. An der Markerposiion 2 - linkes Nebenaxiu - wird eine Frequenz von 868,391 MHz besi. Die Differenz der beiden Frequenzen is gerade 1 khz. Bei Markerposiion 3 beräg die Frequenz 868,31113 MHz, die Differenz zu Haupaxiu beräg hier 1,3 khz. Troz der gewählen Schalersellung "unodulier" is hier also eindeuig die 1 khz Modulaionsfrequenz in den beiden Seienbändern zu sehen. Offenbar koppel der Takgeneraor auch bei offener Schalersellung auf den Sender ein. Die Höhe der Nebenaxia lieg ca. 4 db uner derjenigen des Haupaxius (ensprechend 4 dbc). Bild 3: Spekru des Prüfgeneraors in der Beriebsar "unodulier". Die drei Markerposiionen zeigen die Frequenzlagen der Maxia i den ensprechenden Signalpegeln. 2/5

3 Der Modulaionsgrad kann aus Bild 3 besi werden: = ( u s u ) 2 die Apliuden des Seienbands und des Trägers sind. Nach Bild 2 is u, wobei u s, u jeweils s u = 1/1 und dai = 2 %. Die Breie des Haupaxius beräg ca. 25 Hz wie es aufgrund der gewählen Auflösungsbandbreie in der Beriebsar Spekruanalysaor des VNWA zu erwaren is, vgl. Bild 2. In der Beriebsar "1 % AM, 1 khz inern odulier" zeig sich ein gänzlich anderes Spekru, siehe Bild 4. Der dargeselle Frequenzbereich wurde auf 5 khz erhöh. Bild 4: Spekru des Prüfgeneraors in der Beriebsar 1 % AM odulier i 1 khz. Die Lage des zenralen Maxius ha sich verschoben, siehe Marker 1: 868,378 MHz. Das erse linke Nebenaxiu, siehe Marker 2, lieg bei 868,348 MHz, also 3 khz iefer. A Marker 3, erses reches Nebenaxiu wird eine Frequenz von 868,319 MHz geessen. Das sind 3,1 khz ehr. Das zweie reche Maxiu lieg bei 868,313 MHz (Marker 4), also 5,2 khz oberhalb des Haupaxius. Für eine genauere Analyse habe ich die Daen nach Excel exporier [4], siehe Bild 5, oben, u das geessene Spekru i einer Siulaionsrechnung vergleichen zu können. Dazu nehe ich an, dass die Hochfrequenz des Prüfgeneraors i eine Rechecksignal von 1 khz zu 1 % odulier wird ("Harasung", cw). Die Apliuden der Frequenzkoponenen des Spekrus bezogen auf das Haupaxiu folgen aus einer Fourieranalyse [5]. Tabelle 2 zeig diese beispielhaf für die ersen drei linken und rechen Nebenaxia. Für die Siulaionsrechnung habe ich diese - heoreisch unendlich schalen Spekrallinien - rechnerisch verbreier und zwar i einer Sue von Gaußfunkionen gleicher Halbwersbreie in de in Bild 5 dargesellen Frequenzbereich: 2 2 ( f s ) i ( ) = ( f f ) 2s + exp ( f f (2i + 1) ) = + S( f ) A exp i = 2 13 (2i + 1) π (1) 3/5

4 Die Maxia der Gaußfunkionen liegen bei den Frequenzen nach Tab. 2, nälich der Trägerfrequenz plus oder inus den ungeradzahligen Vielfachen von f. Die Breie der Gaußfunkionen wird durch die Größe s besi. Der Fakor A gib die Höhe des Haupaxius an. Nach (1) reen Nebenaxia rechs vo Haupaxiu (bei f ) für i = bis 1 bei f + f bis f + 21 f auf; links des Haupaxius für i = - 1 bis -13 bei f f bis f 25 f. Tabelle 2: Größe der Frequenzkoponenen eines zu 1 % i eine Rechecksignal apliudenodulieren Trägers, i f = Trägerfrequenz, f = Modulaionsfrequenz Spekrallinie Frequenz Apliude i Haupaxiu 1. linkes u. reches Nebenaxiu (NM) 2. li u. re NM 3. li u. re NM f ± f 1 f π 2, -1 f ± 3 f 2 (3π ) 1, -2 f ± 5 f 2 (5π ) 2, -3 1 odulier 1 % AM 1 S 21 [a.u.] 1 1 S 21 [a.u.] ,29 868,3 868,31 868,32 868,33 Frequenz [MHz] gegläe über 5 Daenpunke berechne, f = 868,31165 MHz, f od = 1,4 khz, A = 46, s = 49 Hz Bild 5: oben: iporieres Spekru bei 1 % Apliudenodulaion. Unen: Gläung des geessenen Spekrus (blaue durchgezogene Kurve) und berechnees Spekru (srichliere Kurve) ,29 868,3 868,31 868,32 868,33 Frequenz [MHz] 4/5

5 Die Messdaen werden zunächs rechnerisch Tiefpass-gefiler, u das Rauschen auf de Signal ewas herabzusezen. Dazu wird eine gleiende Mielung über 5 Daenpunke gewähl. Das Ergebnis zeig das Diagra in Bild 5, unen, als durchgezogene blaue Kurve. Das sind die Messdaen. Das Ergebnis der Siulaionsrechnung i der Beziehung (1) is als srichliere Kurve dargesell. Für die Siulaion wurden folgende Paraeer gewähl: A = 46, f = 1,4 khz und s = 49 Hz. Geessenes und berechnees Spekru sien gu überein. Die Verbreierung is so groß, dass die ersen Nebenaxia bei f ± f i de Haupaxiu bei f verschelzen. Deshalb is das zenrale Maxiu in Bild 4 und 5 wesenlich breier als die anderen Nebenaxia , Reinhard, DF1RN Bezugsdokuene [1] ELV Journal 2/23, Universeller Prüfgeneraor für 433 MHz und 868 MHz TG Prüfgeneraor-für-433-MHz-und-868-MHz-TG48 [2] df1rn, Messungen an Anennen i de Nezwerkanalysaor VNWA - Groundplane-Anenne für 868 MHz und DVB-T Anenne, , 8 S. [3] df1rn, VNWA als Spekruanalysaor - Messungen a Ipulsgeneraor, , 8 S. [4] df1rn, Messungen an RG 58 Kabel, HF Auskoppler und Duy Load i de VNWA, , 5 S. [5] O. Zinke, H. Brunswig, Lehrbuch der Hochfrequenzechnik, Springer-Verlag, 1965, S /5