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Der "etwas andere" Spektrumanalyzer!
Dieses Gerät funktioniert etwas anders wie ein klassischer (analoger) Spektrumanalyzer. Das möchte ich hier mal kurz beschreiben.
Beim analogen Analyzer wird ein freilaufender VCO mit einer Spannungrampe gesteuert,
die synchron mit der Strahlablenkung der Bildröhre arbeitet. Der Bereich wird in z.B. 25ms
durchfahren. Die Filter im Analyzer benötigen Zeit zum Einschwingen. Damit dadurch keine
Laufzeitverzerrungen entstehen, muß die Durchlaßkurve schräge Flanken aufweisen. Steile
Flanken erzeugen je nach Einstellung der Bandbreite und Ablenkfrequenz Fehler. Als
Beispiel wird das Signal eines Meßsenders mit einen klassischen Speki gezeigt.
Das Bild hier zeigt aber nicht das Spektrum des Meßsenders an, eigentlich müsste es ein
senkrechter schmaler Strich sein, sondern die Durchlaßkurve des analogen
Spektrumanalyzer. Man sieht deutlich die schrägen Flanken. Die Darstellung ist also falsch.
Eine hohe Genauigkeit der Frequenz und auch der Pegel ist bei solchen Geräten nur sehr
schwer hinzubekommen. Von Vorteil ist aber die sofortige Anzeige bei Abgleicharbeiten.
Mein Gerät benötigt für einen kompletten Bereich wegen der PLL etwa 3 Sekunden. Das
erschwert zwar Abgleicharbeiten, hat aber auch einige Vorteile. Die Frequenz ist
Quarzstabil. Der Pegel kann, weil genügend Zeit zum Einschwingen ist, genauer gemessen
werden. Auch kann mein Gerät steilflankige Filter verwenden. Laufzeitfehler gibt es nicht. Für Abgleicharbeiten hat mein Gerät zusätzlich die
Wobblerfunktion.
1.) Spektrum darstellen, Frequenz und Spannung messen
Das Spektrum des 3MHz-Quarzoszillators im Stahlradio.
Offensichtlich wird diese Stufe zu stark ausgesteuert.
Erkennbar an den viel zu hohen Pegeln der
Harmonischen.
Das Spektrum des 3MHz-Quarzoszillators im Stahlradio
nach einer Änderung. Das sieht schon besser aus.
Die beiden Bilder oben zeigen eine typische Anwendung.
Die Einstellungen:
Bandbreite = 160kHz
Hub = 25,6MHz
Der Cursor wurde zur Seite geschoben, damit die erste Nadel sichtbar ist. Links am Bilschirmrand ist die Nullstelle (= 0 Hz) sichtbar.
Wenn man den Cursor genau auf eine Nadel stellt, stehen im LCD die Frequenz und der Pegel. Der Pegel wird in dBm und in mV
(bzw uV) angezeigt. Die Auflösung beträgt 0,1dB.
Die Frequenz wird bei dieser Einstellung mit 100kHz aufgelöst. Benötigt man eine höhere Auflösung muß auf eine geringere
Bandbreite bzw Hub umgeschaltet werden. Bei der Bandbreite von 3kHz wird die Frequenz in 1kHz-Schritten meßbar. Der Cursor
rastet in 256 Schritte über den Bildschirm. Das erleichtert die Einstellung.
Bandbreite und Hub sind bei diesen Gerät in 4 Bereichen fest verbunden.
1kHz und 256kHz, Cursorschritte = 1kHz
10kHz und 2,56Mhz, Cursorschritte = 10kHz
160kHz und 25,6MHz, Cursorschritte = 100kHz
1MHz und 224,4MHz, Cursorschritte = 880kHz
Nach einen Wechsel der Bandbreite steht der Cursor (und die vorher gewählte Frequenz) in Bildmitte. Man kann aber auch den
Cursor über den Bildschirmrand hinaus verschieben zur höheren bzw niedrigeren Frequenz. Jedenfalls solange man noch nicht am
Bereichsende (also 0Hz und 224,4MHz) ist.
2.) Messungen mit Trakinggenerator und Analyzer
Der Frequenzgang und die Verstärkung der HF-Vorstufe
meines Stahlradios. Trackinggenerator geht auf den
Antenneneingang, der Amnalyzer mißt an der Katode des
Mischers. Der Oszillator ist außer Betrieb.
Analyzer Einstellung: Bandbreite 160kHz, Hub 25,6MHz
dto, aber Bandbreite 10kHz, Hub 2,56MHz
Der Cursor steht auf 10550kHz
dto, der Cursor steht auf 9840kHz, Pegel ist 20dB kleiner.
dto, der Cursor steht auf 11350kHz, Pegel ist 20dB kleiner
Die Bilder oben zeigen eine typische Anwendung. Die HF-Vorstufe und die insgesamt 3 KW-Kreise werden hier gemessen. Man
kann die Abstimmung des Empfängers durchdrehen und den kompletten Empfangsbereich kontrollieren. Die Funktion bei
verschiedenen Regelspannungen (AVR) und bei Übersteuerung wird sichtbar.
Solche Frequenzgangmessungen sind aber nur möglich wenn die Frequenz am Eingang die gleiche wie am Ausgang ist.
Die minimalste Bandbreite des Analyzers beträgt 3kHz. Frequenzgangmessungen sind damit nur mit einer Schärfe von 3kHz
möglich. Bei Messungen von z.B. Tief- oder Hochpässen muß man das einplanen. Sind erheblich kleinere Bandbreiten zu messen,
geht das besser mit den integrierten Wobbler.
3.) Messungen im Wobblermod
Der Wobblermod unterscheidet sich vom Analyzermod nur in einen einzigen Punkt: der Hub ist (fast) stufenlos von 0 bis 254kHz
einstellbar. Bei diesen geringen Hub ist der Analyzer wegen der Bandbreite eigentlich nicht mehr sinnvoll nutzbar. Der Analyzer
arbeitet übrigens mit seiner zuletzt eingestellten Bandbreite.
Im Wobblermod beträgt die Auflösung der Frequenz den 256-ten Teil des eingestellten Hubs. Zum Beispiel beträgt die Auflösung bei
einen Hub von 254kHz etwa 1kHz, bei einen Hub von 2kHz nur noch 7,8Hz. Wenn der Hub auf 0 gestellt wird, haben wir einen
normalen Meßsender.
Einige Messungen an mein Stahlradio habe ich als Beispiel hier aufgeführt. Im Wobblemod ist eine “über alles” - Messung moglich,
also auch wenn die Frequenz mehrmals umgesetzt wird. In den folgenden Messungen ist der Generator am Antennneneingang
angeschlossen. Ganz am Ende des HF-Teiles wird mit einen Digiskop die Durchlasskurve angezeigt.
Mein Gerät hat einen Triggerausgang für einen Oszilloskop. Genau in der Frequenzmitte wird ein positiver Impuls ausgegeben.
Dieser wird mit den Eingang “externe Triggerung” des Digiskops verbunden. Den Triggerpunkt muß man am Digiskop in Bildmitte
setzen. Das ist die Stelle, deren Frequenz eingestellt und im LCD angezeigt wird.
Zunächst wurde hier der Hub auf 16kHz eingestellt. Ein kompletter Hub dauert 400ms. Wenn die X-Skala auf 50ms/cm eingestellt ist,
haben wir pro cm einen Hub von 2,5kHz. Das kann man am Digiskop leicht ablesen. Ein Markengeber, der sonst zum Wobbler
dazugehört, ist aus diesen Grund überflüssig.
der komplette Frequenzhub
Generator am Antenneneingang, U = 22uV, Hub = 16kHz,
Messung am Ausgang des AM-Demodulators.
Der Empfänger ist auf eine Bandbreite von 1,2kHz eingestellt
dto, bei einer Empfänger-Bandbreite von 2,4kHz
dto, bei einer Empfänger-Bandbreite von 4,1kHz
dto, bei einer Empfänger-Bandbreite von 7,2kHz.
Hier muss ich noch mal genauer abgleichen damit der Sattel
verschwindet
Wobbler-Hub auf 80kHz, also 10kHz pro cm.
blau = am AM-Ausgang,
gelb = am Regelspannungsausgang
oben: Wobbler-Hub auf 80 kHz
Messung am Ausgang des FM-Demodulators.
Solche Messungen sind nur im Wobblemod möglich. Wegen
der stabilen Frequenz sogar bei Eingangsspannungen bis
224MHz!
Links: wie oben, aber mit einen Wobbler-Hub von 20kHz. Die
Länge der Diskriminatorflanke beträgt hier:
2,4(cm) mal 2,5 = 6,0kHz.
Zum genauer vermessen der Frequenz kann man den Cursor
des Digiskop gut verwenden. Dazu muß der Hub am Wobbler
mit einer entsprechenden Faktor zur X-Achse des Digiskops
eingestellt sein. Den Digiskop sollte man aber nicht zum
Dehnen der Anzeige (kleinere X-Zeiten) verwenden, sonst wird
es stufig! Besser: den Hub am Wobbler verändern.
HF-Meßplatz mit Spektrumanalyzer, Meßsender, Wobbler und HF-Voltmeter , Seite 7/7
3W-LED-Lampe stört den Kurzwellenbereich
Beim Empfang von Sendern um 4MHz herum konnte ich nach dem Einschalten der Beleuchtung absolut nichts mehr hören. Nur
lautstarkes prasseln. Ursache ist eine neu eingebaute 3W-LED-Lampe. Hier mal ein paar Messwerte.
Empfang mit 20cm Draht, etwa 2m von der Lampe entfernt. Der Cursor steht auf 4MHz. Links ist die LED zum Vergleich aus.
Die Störpegel betragen etwa 40uV. Gemessen wird mit einer Bandbreite von 10kHz, der Hub beträgt 2,56MHz.
Empfang mit 10m-Außenantenne. Der Cursor steht auf 4MHz. Links ist die LED zum Vergleich aus.
Die Störpegel betragen etwa 80uV. Gemessen wird mit einer Bandbreite von 10kHz, der Hub beträgt 2,56MHz.
Empang mit 10m-Außenantenne. Der Cursor steht auf 30MHz. Links ist die LED zum Vergleich aus.
Die Störpegel unter den Cursor betragen etwa 100uV. Gemessen wird mit einer Bandbreite von 160kHz, der Hub beträgt 25,6MHz.
Die LED-Lampe trägt trotzdem ein CE-Zeichen.
Wozu dient eigentlich das EMVG wenn das nicht überwacht wird?
Die Lampe ist mir aus 70cm höhe auf den Teppich gefallen und das
Glas in hundert Fetzen zersplittert. Die Gelegenheit habe ich benutzt
um mal ins Innere der Lampe zu schauen. Eigentlich sehr sauber
aufgebaut. Aber Funkentstörfilter? Die fehlen, es ist absolut nichts
dafür vorhanden. Das Schaltnetzteil ist mit dem SMD-Schaltkreis
MT7953 bestückt und schwingt auf 67kHz.
Ich habe die Lampe ohne Gehäuse in Betrieb genommen und das
Störspektrum begutachtet. Nur lose die Leitung zum Speki in die Nähe
(ca. 10cm) der Netzzuleitung gelegt. Noch bis etwas über 100MHz(!)
stört die Lampe. Und das bei einer Schaltfrequenz von nur 67kHz.
Update November. 2019
Der Speki zeigte manchmal Signale obwohl nichts angeschlossen war. Nach einigen Versuchen habe ich die Ursache ermittelt: Die (offenen) Spulen im Filter (S. 2) erzeugen Spannungen durch Streu-Magnetfelder, die von den Netztrafos meiner Labornetzteile kommen. Diese Labornetzteile haben Ringkern-Netztrafos. Die gelten eigentlich als Streuarm. Offensichtlich werden die Kerne dieser Trafos zu stark ausgesteuert. Seltsam nur: der im Speki original enthaltene Tektronix-Netztrafo mit EI-Kern streut überhaupt nicht. Das wäre für ein Gerät mit einer Oszilloskop-Röhre auch eine Katastrophe. Die fertig gekauften Spulen haben keinen geschlossenen Magnet-Kreis. Die erzeugen nicht nur ein Magnetfeld sondern auch umgekehrt eine Spannung bei Fremdfelder. Damit die sich nicht gegenseitig beeinflussen hatte ich durch Versuche den Mindestabstand zum Nachbar ermittelt und auf der Filterplatine auch eingehalten. Mit Felder von außerhalb hatte ich nicht gerechnet, schon gar nicht von den Ringkern- Netztrafos anderer Geräte. Wie kann man das verbessern? Dazu sind Spulen mit geschlossenen Magnetkreis nötig, also mit Schalenkern ohne Luftspalt. Solche Spulen mit geringer Toleranz werden industriell nicht gefertigt. Also wickel ich die Spulen selber. Alle acht 100mH-Spulen und die acht 22mH- Spulen wurden neu mit meiner Wickelmaschine angefertigt. Die erforderlichen Schalenkerne waren in meinen Bestand vorhanden. Weil die Spulenkörper nur wenig Platz für die Wicklung haben, waren sehr dünne Drähte nötig (0,1mm CuL). Meine Wickelmaschine ist besonders für dünne Drähte geeignet. Die hat einen präzisen Regler für den Drahtzug. Wegen der hohen Toleranz der Schalenkerne ohne Luftspalt musste ich die Kerne einzeln selektieren. Dazu wurde je eine kleine Wicklung aufgebracht und der dazu gehörende AL-Wert ermittelt und die erforderlichen Windungen berechnet. Für jede Spule war eine andere Anzahl Windungen nötig. Ohne diese Maßnahme wären die Induktivitäten um bis zu 50% daneben gewesen. Mit den neuen Spulen hatte das Filter eine andere, niedrigere Dämpfung. Der Kupferwiderstand war geringer. Die Widerstände zur Einstellung der Verstärkung des SE5534 mussten entsprechend geändert werden. Die originalen Messwerte des Filters hatte ich mir vorher aufgeschrieben. Das Ergebnis war wie erhofft, die Störungen sind komplett verschwunden:
