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Während der klassische Spektrumanalysator als Superhet mit all seinen Spiegelfrequenzproblemen und daraus resultierenden Filteraufwand aufgebaut ist, nutzt der Spectran V5 (Bild 1) hierfür die Möglichkeiten der digitalen Signalverarbeitung zur Spiegelfrequenzelemination, die erstmals vollständig in Hardware vorgenommen wird.

Echtzeit-Spektrumanalyse mittels Polyphasenfilter

Der Spektrumanalysator ist in zwei Hauptboards aufgeteilt, das Hauptboard mit der Signalverarbeitung (Bild 2) und das extrem rauscharm (-170 dBm/Hz) HF-Frontend zur Analyse selbst schwächster Signale (Bild 3).

In den Bildern 2 und 3 sind die wesentlichen Komponenten angegeben, der Analysator ist mit handelsüblichen HF-Bauelementen aufgebaut, die den günstigen Preis des Gerätes von 9980€ ermöglichen. Während bisherige Echtzeitanalysatoren auf eine reine Fourieranalyse setzen, verwendet der Spectran V5 ein patentiertes Empfangsverfahren mit zwei gegeneinander versetzten, durch Polyphasenfilter realisierten Kämmen. Das Lokaloszillator-Signal wird zusätzlich mit einem Pseudo-Zufallssignal phasenmoduliert, wobei die Modulation auf die Mess- und die Spiegelfrequenz jeweils eine gegenphasige Wirkung hat. Durch digitale Korrelation nach der analogen Zwischenfrequenzfilterung lassen sich beide Signale voneinander trennen.
Das Polyphasenfilter deckt mehr als nur ein Intervall mit Abtastpunkten entsprechend der Zahl der Frequenzpunkte ab. Dadurch sind beliebige Filterkurven (beispielsweise echte Gauss-Filter) ohne Einschränkung der Steilheit durch das vorgegebene Intervall realisierbar. Um das Entstehen von Lücken im Frequenz-Zeitdiagramm zu vermeiden, werden die zwei zeitlich wie räumlich gegeneinander versetzten Filterkämme zur Analyse genutzt. Das komplette Frontend ist austauschbar und kann gegen die neueste Technik ersetzt werden. Ein erstes Modul mit 1 MHz bis 10 GHz ist verfügbar, ein 18 GHz Modul soll bis Ende des Jahres erhältlich sein. Die Schnittstelle zum Frontend wird von Aaronia offengelegt und ermöglicht so kundenspezifische Eigenentwicklungen auf einfache Weise. Die Signalverarbeitung wird mittels FPGA realisiert mit einem Vektorprozessor zur statistischen Analyse und Demodulation. Zusammen mit dem Dual Core Blackfin Digitalen Signalprozessor und dem hochauflösenden 800 x 480 Punkte Farbdisplay mit Touch-Funktion ist Analyse auch komplexester Signale möglich.
Auf der analogen Seite wird das Signal mit einem echten 14-Bit-AD-Wandler mit bis zu 500 MSPS (250 MSPS I/Q) abgetastet, sodass ein großer Dynamikbereich von 80dB und somit eine hohe Analysequalität sichergestellt ist. Optional kann zusätzlich noch ein 16-Bit-AD-Wandler mit 100 dB Dynamik (1Hz bis 40MHz) bestückt werden.

Umfangreiche Ausstattung

Ein Trackinggenerator ist ebenfalls optional. Ein hochempfindlicher Gyrosensor mit Kompassfunktion erfasst jederzeit die Lage und Ausrichtung des Gerätes. Ein ebenfalls optionaler GPS-Empfänger speichert den Ort der Messung und ermöglicht komplexe Messfahrten und deren Dokumentation. Beide Sensoren zusammen ermöglichen mit dem Datenlogger eine lückenlose Aufzeichnung von Feldmessungen inklusive automatischer Heatmap. Dies erleichtert die Dokumentation einer EMV- Messung oder die Visualisierung der Netzabdeckung von GSM, WLAN und so weiter. Im Gegensatz zu herkömmlichen Echtzeit Spektrumanalysatoren, die keine kontinuierliche Datenerfassung ermöglichen, kann der Spektrumanalysator Modell V5 kontinuierlich und lückenlos Daten streamen und über die schnelle 3.0 USB-Schnittstelle auf einem Personalcomputer oder Laptop speichern.
Neben der Echtzeitanalyse bietet der Analysator V5 auch einen klassischen Spektrum Analyser Modus mittels schnellem DDS-Sweep: Zusätzlich zur LO-Modulation steht ein DDS-Synthesizer mit bis zu 800 MSPS I/Q für extrem schnelle Frequenzsprünge des Lokaloszillators im Mikrosekunden-Bereich zur Verfügung. Damit lassen sich selbst ausgefeilteste Messprogramme über den gesamten breiten Frequenzbereich realisieren. Der Analysator schlägt mit der genannten Sweepgeschwindigkeit die derzeit schnellsten Sweep-Spektrumanalysatoren auf dem Markt, er kann optional mit einer Frequenzerweiterung bis hinunter zu 1 Hz bestückt werden, in ihm ist ein 8000mAh LiPo-Akkumulator für 2…3 Stunden Laufzeit verbaut (optional 16000mAh für 4…6h). Das Spectran V5 wird von Aaronia zum Preis von 9.980,- Euro angeboten. Dies ist der Preis für das Gerät mit 120-MHz-Echtzeitbandbreite. (optional, gegen Aufpreis gibt es die genannte 200-MHz-Echtzeitbandbreite).