Den größten Umbruch im Blockschaltbild der Gerätefunktionen zeigt die Zwischenfrequenz-(ZF-) Sektion. Die steigende Leistungsfähigkeit schneller A/D-Wandler, digitaler Filter und der schnellen Fourier-Transformation ermöglichte den Übergang von der skalaren zur vektoriellen Signalverarbeitung. Das spiegelt zunehmend auch die Natur der Signale und die Architektur der Systeme, mit denen die Entwickler heute in der Messtechnik konfrontiert sind.

Die anderen wichtigen Veränderungen liegen in der Benutzerschnittstelle sowie in der gesamten Anwendererfahrung. Berührungsempfindliche Bildschirme, wie sie in Smartphones, Tablets und PCs weit verbreitet sind,

Bild 1: Die neuen Signalanalysatoren der X-Serie von Keysight verkörpern den grundlegenden Wandel von Spektrumanalysator-Technologie und Anwendererfahrung.

Bild 1: Die neuen Signalanalysatoren der X-Serie von Keysight verkörpern den grundlegenden Wandel von Spektrumanalysator-Technologie und Anwendererfahrung.

kommen immer häufiger auch in Signalanalysatoren zum Einsatz. Sie erschließen neue Ebenen der Interaktion und eröffnen intuitive Einblicke in das Zusammenspiel von Ursache und Wirkung bei Entwicklung, Fehlersuche und Korrektur.

Technologie – dem Benutzer angepasst

In den letzten Jahrzehnten haben einige technologische Entwicklungen das vertraute Paradigma des gewobbelten Spektrumanalysators verlassen. Die wichtigsten waren die Vektor-Signalanalysatoren (VSA) in den frühen 1990er Jahren und, rund zehn Jahre später, die Echtzeit-Spektrumanalysatoren (RTSA) im Formfaktor von Laborgeräten.

Diese neuen Instrumente arbeiteten anders als traditionelle Spektrumanalysatoren, führten andere Messungen durch und präsentierten andere Darstellungen der Ergebnisse. Für manche Anwender war das ein wesentliches Hindernis.

Heute dient die Technologie in modernen Signalanalysatoren – beispielsweise der X-Serie von Keysight Technologies ­– konsequent dazu, nahezu jede Messaufgabe einfacher und schneller zu erledigen. Zwei Wege führten zu diesem Ziel: Zum einen bietet ein einziges Gerät sowohl Wobbel- als auch Vektor- und Echtzeit-Signalanalyse. An jedem Tag seines Berufslebens kann ein HF-Ingenieur eine oder mehrere dieser Techniken benötigen.

Zum anderen sind vereinfachte Einstellungs- und Messprozeduren verfügbar, egal welche Betriebsart der Benutzer auch wählen mag. Durch die Berührungssteuerung erschließt sich ein reichhaltiges Angebot an Mess-, Darstellungs- und Analysefunktionen ohne die komplexen Tastatur-Softkey-Kombinationen früherer Benutzerschnittstellen.

Leistung an der Fingerspitze

Jeder Signalanalysator der X-Serie verfügt jetzt über ein großes Display (36 cm Bildschirmdiagonale beim Modell UXA, 27 cm bei den anderen) mit einer Berührungssteuerung vergleichbar der eines Tablet-PCs. Mess- und Anzeige-Einstellungen lassen sich einfach mit vertrauten Bewegungen steuern: Einfaches oder doppeltes Tippen, um einen Parameter auszuwählen oder ein Fenster zu vergrößern, zwei Finger zueinander oder auseinander bewegen, um die Zoom-Funktion zu steuern, mit dem Finger drücken und halten, um ein Kontextmenü für weitere Wahlmöglichkeiten aufzurufen.

Die intuitive Kraft des gewobbelten Analysators bleibt erhalten. Eine einzige Berührung des Menüfeldes im Display, der Einstellungsleiste, eines Kommentarpunktes oder eines Drop-down-Fensters eröffnet den direkten Zugriff auf wesentliche Parameter, gleichgültig ob die Messaufgabe eine einfache Spektrum-Analyse oder eine komplexe digitale Demodulation ist (Bild 2).

Bild 2: Eine einzige Berührung des Menüfeldes bietet direkten Zugriff auf Leistungsmerkmale wie etwa die von Keysight entwickelte Technologie zur Absenkung des Grundrauschens (Noise Floor Extension – NFE), mit der sich das Grundrauschen in der Spektrumanalyse um bis zu 12 dB reduzieren lässt.

Bild 2: Eine einzige Berührung des Menüfeldes bietet direkten Zugriff auf Leistungsmerkmale wie etwa die von Keysight entwickelte Technologie zur Absenkung des Grundrauschens (Noise Floor Extension – NFE), mit der sich das Grundrauschen in der Spektrumanalyse um bis zu 12 dB reduzieren lässt.

Tatsächlich braucht es nicht mehr als zwei Berührungen, um die meisten Operationen auszuführen. Das erlaubt eine schnelle Navigation durch die Darstellungsmöglichkeiten und Analysefunktionen, ohne das gute Gefühl bei grundlegenden Spektrum-Messungen mit dem gewobbelten Analysator zu verlieren.

Die Lernkurve verkürzen

Durch die zunehmende Komplexität sowohl der Signale als auch der Messverfahren stehen die Ingenieure oft einer steilen Lernkurve gegenüber. Bei den Signalanalysatoren empfehlen sich zwei Wege, um diese Härten zu mildern: die Abweichungen von dem vertrauten Anwendungsmodell zu minimieren und die gleiche Benutzeroberfläche sowie dieselben Applikationen und Programmierbefehle über mehrere unterschiedliche Messplattformen hinweg zu verwenden.

Die gemeinsame interne Architektur der fünf Modelle in der X-Serie – UXA, PXA, MXA, EXA und CXA – beinhaltet eine Abstraktionsschicht. Sie schirmt den über die Frontplatte zugreifenden Benutzer und auch den Geräteprogrammierer so weit wie möglich von internen Hardware-Unterschieden und Komplexitäten ab. Ein wesentlicher Vorteil ist das konsistente Bedienen und Programmieren aller Modelle in der Gerätefamilie. Ein Instrument der X-Serie zu beherrschen bedeutet, mit allen fünf gut umgehen zu können.

Probleme finden, Ursache und Wirkung ermitteln

In den Betriebsarten VSA und RTSA erleichtern der große berührungsempfindliche Bildschirm und die Möglichkeit, mehrere Kurvenzüge anzuzeigen, die Darstellung vielfältiger simultaner Ansichten komplexer Signale (Bild 3). Diese Präsentationen verstärken das Wissen des Benutzers und helfen ihm bei der Identifizierung von Ursache und Wirkung auch dann, wenn das Signalverhalten komplex ist und die zeitlichen Abhängigkeiten noch unbekannt sind.

Bild 3: Drop-down-Fenster ermöglichen die schnelle Konfiguration einer Messung an Sendern für den Mobilfunk der vierten Generation in Frequenzduplex-Technologie (LTEA-FDD) einschließlich 256QAM-Demodulation.

Bild 3: Drop-down-Fenster ermöglichen die schnelle Konfiguration einer Messung an Sendern für den Mobilfunk der vierten Generation in Frequenzduplex-Technologie (LTEA-FDD) einschließlich 256QAM-Demodulation.

So wie die gleiche Bedienerschnittstelle nutzen die fünf Modelle der X-Serie auch eine Vielfalt gemeinsamer Anwendungen: erprobte, einsatzfertige Messungen für die Signalanalyse. Die Beispiele reichen von parametrischen Messungen wie Phasenrauschen und Rauschzahl bis hin zur standardkonformen Analyse von Signalen in LTE/LTE-Advanced- und W-CDMA-Systemen. Bei allen fünf Modellen führt die Anwendung konsistenter Messverfahren, Algorithmen und Steuerungen zu wiederholbaren Ergebnissen, die das Verhalten und die Leistung von Geräten und Systemen dokumentieren.

Ebenfalls kompatibel sind die Geräte der X-Serie mit der VSA-Software 89600 von Keysight. Sie bietet einen umfassenden Satz von Werkzeugen für Demodulation und Vektor-Signalanalyse. Darüber hinaus stellt sie die Verbindung zu den Simulationsmöglichkeiten rechnergestützter Elektronik-Entwicklungssysteme wie beispielsweise den EDA-Plattformen ADS und SystemVue von Keysight her.

Digital für bessere Messungen

Jüngste Fortschritte in der Digitaltechnologie nutzt die Lokaloszillator-(LO-)Sektion der X-Serie-Signalanalysatoren. Keysight entwickelte einen HF-optimierten Digital-Analog-Wandler (DAC) als Herz einer direkten digitalen Synthese (DDS), die im LO der Modelle UXA und PXA zum Einsatz kommt.

Da der LO an allen Frequenzumsetz-Aufgaben beteiligt ist, bestimmen seine spektrale Reinheit und Stabilität unmittelbar die Spezifikationen für harmonisches und Phasenrauschen beider Modelle. Bei mittlerem und schmalem Frequenzoffset kommt der DDS-LO allein zum Einsatz. Ein wesentlicher Vorteil ist das Verschwinden des Sockels im Grundphasenrauschen, wie er für Analysatoren, die ausschließlich mit der Technologie phasenstarrer Schleifen (Phase-Locked Loop – PLL) arbeiten, typisch ist. Für breitere Frequenzoffsets arbeitet der DDS-LO mit einer PLL auf YIG-Basis zusammen, was das Phasenrauschverhalten noch zusätzlich verbessert.

Vorbereitet für die Zukunft

Die in den Signalanalysatoren der X-Serie eingesetzten digitalen Technologien erweisen sich auch in anderer Hinsicht als nützlich: zukünftige Aufrüstbarkeit. Der Anwender kann sich zunächst für ein Leistungsniveau mit optionalen Funktionen entscheiden, die seinen gegenwärtigen Anforderungen an beispielsweise Frequenzabdeckung, Analysebandbreite, Phasenrauschen und Grundrauschen entsprechen. Ändern sich die Anforderungen, lassen sich zusätzliche oder verbesserte Leistungsmerkmale einfach hinzufügen. Diese Adaptionsmöglichkeit an zukünftige Anforderungen sollte eine wesentliche Eigenschaft jedes Werkzeugs sein, das ein HF-Ingenieur heute benutzt.