Spektrumanalysator. Pegelmeßgenauigkeit. Goran Lazaroski

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Caroline Wolf
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1 Spektrumanalysator Pegelmeßgenauigkeit Goran Lazaroski

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung 3 Fehlerbeiträge 3 Absoluter Pegelfehler 3 Frequenzgang 3 Linearitätsfehler 3 Eichleitungsfehler 3 Fehler des Referenzpegels 3 Pegelfehler der Bandbreitenumschaltung 3 Einfluß von Bandbreitenfehler 4 Fehler aufgrund von Fehlanpassung 4 Varianzen & Co. 4 Tabelle Varianzen 5 Grafik k-wert 5 2

3 Einleitung Mit der Auslieferung vom Hersteller ist der Spektrumanalysator schon kalibriert. Da aber die analogen Baugruppen im Gerät einer Temperaturdrift und Alterung unterliegen besitzen die Geräte eine interne, temperaturstabile Signalquelle und eine Selbstabgleichfunktion um die Fehlerbeiträge im laufenden Betrieb zu ermitteln und zu korrigieren. Fehlerbeiträge Bei der Berechnung der Gesamtmeßunsicherheit sind, je nach Messung, die nun folgenden Fehlerbeiträge zu beachten. Absoluter Pegelfehler Dieser Fehler entsteht durch Alterung und Temperaturdrift, ist aber durch Aufruf der Selbstabgleichfunktion korrigierbar. Frequenzgang Der Selbstabgleich wird bei einer bestimmten Frequenz durchgeführt, sollte die Messung bei einer anderen Frequenz stattfinden, so geht der Fehler aufgrund des Frequenzganges in die Gesamtmeßunsicherheit ein. Linearitätsfehler Im Idealfall sollte bei einer Änderung des Eingangspegels um n db sich der Anzeigepegel auch um n db ändern. Da dies aber nicht der Fall ist gibt der Linearitätsfehler die maximale Abweichung von der erwarteten Änderung des Anzeigepegels an. Eichleitungsfehler Der im Datenblatt angegebene Wert ist als Restfehler aufgrund von Langzeiteffekten (z.b. Drift durch Temperaturveränderung) zu verstehen, da dieser Fehler im Rahmen des Selbstabgleichs korrigiert wird. Fehler des Referenzpegels Der im Datenblatt angegebene Wert entspricht dem maximalen Fehler. Wird ein anderer Referenzpegel gewählt so lässt sich der maximale Referenzpegel mit Hilfe der Formel 0.3 db +0.01*(Abweichung vom Referenzpegel -20 dbm) berechnen. Pegelfehler der Bandbreitenumschaltung Dieser Fehler wird auch im Rahmen des Selbstabgleichs korrigiert. Der im Datenblatt angegebene Wert ist die Restunsicherheit welche durch Langzeiteffekte hervorgerufen wird. 3

4 Einfluß von Bandbreitenfehler Unter diesem Begriff ist die Abweichung der tatsächlichen von der eingestellten Auflösebandbreite zu verstehen. Bei einem Fehler von 5% und einer Auflösebandbreite von 10kHz liegt die tatsächliche Bandbreite zwischen 9.5 khz und 10.5 khz. Dieser Fehler ist bei (Phasen-)Rauschmessungen oder Kanalleistungsmessung von Bedeutung. Fehler aufgrund von Fehlanpassung Der Reflexionsfaktor am Eingang eines realen Analysators ist grösser Null und somit kommt es zu einer Fehlanpassung. Dadurch ist das Ergebnis der Messung auch abhängig vom Ausgangsreflexionsfaktor der Quelle welcher ebenfalls grösser Null ist. So lässt sich die Messunsicherheit(in %) aufgrund von Fehlanpassung berechnen durch 100*((1±(Betrag des Reflexionsfaktors der Quelle)*(Betrag des Reflexionsfaktors des Spektrumanalysators)²-1). Möchte man die Angabe in db haben so lässt sich dieser berechnen durch 20*lg(1- (Betrag des Reflexionsfaktors der Quelle)*(Betrag des Reflexionsfaktors des Spektrumanalysators)). Sind die Angaben allerdings mit dem Spannungs-Stehwellenverhältnis(s) oder als Rückflussdämpfung (a r ) gegeben so lassen sich diese leicht in den Reflexionsfaktor(r) umrechnen.»» 1» 1» 10 Varianzen & Co. In der Praxis ist es üblich den Gesamtfehler mit einem gewissen Vertrauensniveau von 95% oder 99% zu berechnen, da es statistisch ein sehr seltenes Ereignis ist, das bei einer Messung alle Einzelfehler gleichzeitig mit ihrem maximalen Wert und Vorzeichen auftreten. Durch die folgende Tabelle und die darauffolgende Grafik lassen sich die Varianzen der einzelnen Fehler und der k Wert des Vertrauensniveaus berechnen und ablesen. 4

5 Tabelle Varianzen Grafik k-wert 5

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