Spektrumanalyse im Low-Cost-Bereich

Bild 1: Der Testkandidat, der Spektrumanalysator DSA1030a von Rigol deckt den Frequenzbereich von 9 kHz bis 3 GHz. Rigol Technologies

Noch vor zehn bis fünfzehn Jahren galt die Spektrumanalyse als eine Art esoterische Wissenschaft, die bestenfalls in hochgezüchteten Entwicklungslabors zum Einsatz kam. Die benötigten Analyzer kosteten selbst als Basisgeräte je nach Ausstattung zwischen zehn- und zwanzigtausend Euro. Low-Cost-Geräte fand man so gut wie nicht am Markt – sieht man einmal von einfachen Hobbymodellen ab, die wegen ihrer fehlenden Messmöglichkeiten eher als „Panoramasichtgeräte“ zu bezeichnen waren.

Das hat sich mittlerweile geändert. Durch die zunehmende Verbreitung von Digitalsystemen, mit ihren teils beträchtlichen Oberwellenspektren bis in höchste Frequenzbereiche, aber auch durch die allgegenwärtigen Wireless-Anwendungen hat die Signalanalyse gerade in diesen Frequenzbereichen enorm an Bedeutung gewonnen. Hinzu kamen die Auswirkungen der seit 1996 in Kraft getretenen EG-Richtlinien zur elektromagnetischen Verträglichkeit. Inzwischen befindet sich eine ganze Reihe von preiswerten, aber durchaus leistungsfähigen Analysatoren verschiedener Hersteller im Angebot.

Der Testkandidat

Vorgestellt wird ein Analyzer der Firma Rigol, ein in Europa noch relativ unbekanntes Unternehmen aus China, das bisher eher auf Oszilloskope fokussiert war. Seit dem Jahre 2009 ist Rigol mit bisher drei Analysatormodellen der Serie DSA1000 sowie neuerdings mit dem Einstiegsmodell DSA815 am Markt. Die Geräte decken den Frequenzbereich von 9 kHz bis 2 sowie 3 GHz ab. Das hier vorwiegend betrachtete Modell 1030A ist das Spitzenmodell mit integriertem Vorverstärker und Trackinggenerator.

Alle Geräte der Serie kommen in einem leichten, nicht normgebundenen Kunststoffgehäuse daher, dessen Formgebung sicherlich Geschmackssache ist. Der Knopf des Drehgebers hatte am Testgerät einen leichten Höhenschlag, die Lüfter der Serie sind sehr laut.

Ins Auge fällt sofort das erfreulich große 8,5-Zoll Farb-TFT-Display mit einer Auflösung von 800 x 480 Pixeln, das sogar durch temporäre Unterdrückung der Parameterschaltflächen in voller Breite genutzt werden kann.

Die Tastatur ist übersichtlich gegliedert, die großen Tasten sind griffig und klar beschriftet. Separate Tasten zum Zoomen der Darstellungen befinden sich unmittelbar unter dem Display.

Die Spektrumanalysatoren sind mit zwei USB-Schnittstellen, einer VGA- und einer LAN-Schnittstelle ausgerüstet, eine GPIB-Schnittstelle lässt sich nachrüsten. Weiterhin gibt es noch einen Ein/Ausgang für die Referenzfrequenz sowie einen Triggereingang, den man sich jedoch an der Frontseite gewünscht hätte. Schließlich ist noch eine +15 V/-12,6 V-Stromversorgung für Sonden eingebaut. Eine spezielle Kopfhörerbuchse zur empfindlicheren Modulationskontrolle fehlt, es ist aber ein kleiner Lautsprecher eingebaut, der diese Aufgabe übernimmt.

Durch eine Reihe von Optionen erfolgt die Anpassung an unterschiedliche Aufgaben: Trackinggenerator, VSWR-Messkit, Schnittstellenkonverter, RF-Demo-Kit, sowie ein Software-Kit runden das Angebot ab.

Datenblatt und Hardware

Beim Studium des Datenblattes erstaunen die in dieser Preisklasse sehr guten Werte: eine Empfindlichkeit (DANL) von -148 dBm, eine Auflösungsfilterbreite von 10 Hz, eine Zerosweepzeit von nur 20 μs sowie einen Frequenzbereich des Trackinggenerators, der schon bei 9 kHz beginnt, findet man selbst bei wesentlich teureren Geräten der Mitbewerber kaum.

Zwar bauen die Rigol-Geräte wie alle neueren Analyzer in der ZF-Ebene auf modernem, digitalen Design auf, die Nachmessung der angegebenen Daten zeigte jedoch, dass hier im Prospektmaterial bisweilen sehr euphemistisch vorgegangen wurde.

Die Empfindlichkeit des Analyzers und die Leistung des Vorverstärkers ließen unter jeweils 100 kHz (bis zu diesem Wert spezifiziert) deutlich nach. Dennoch kann dieser Bereich für Übersichtsmessungen und zu Vergleichszwecken gut herangezogen werden. Auch die Ausgangsleistung des Trackinggenerators fiel unter 10 MHz (ebenfalls bis hier spezifiziert) dramatisch um mehrere 10 dB ab. Allerdings gilt auch hier das eben Gesagte: für Übersichtsmessungen durchaus brauchbar.

Die Zerosweepzeit wird nominal (5 %) mit 1 ms angegeben. Das ist für den Low-Cost-Bereich ein ordentlicher Wert, auch wenn damit schnelle Bursts aus der digitalen Kommunikation nicht zu packen sind. Unspezifiziert lassen sich mit dem Gerät sogar knapp 100 µs herausholen, allerdings nicht die im Datenblatt genannten 20 µs. Das sollte entweder nachgebessert oder aber die Werte korrekt angegeben werden!

Beim Testgerät lag bei 10 MHz ein intern generierter Störpeak (Clockgenerator), der schwache Signale auf dieser Frequenz verdeckte. Hier sollte ein Redesign durchgeführt werden oder zumindest dem Anwender ein Hinweis gegeben werden.

Schließlich wird beim Verbessern der Auflösungsbandbreite (Zoombetrieb) die Darstellung im Extrembereich bisweilen so geglättet, dass Feinheiten des Rauschbandes verloren gehen. Auch war eine starke Flatterneigung des Peaks bei schwachen Signalen zu beobachten.

Wie vom Hersteller zu erfahren war, bemüht man sich hier ebenfalls, nachzubessern.

Die Firmware

Bild 2: Drei unabhängige Traces und ein Math-Trace können unabhängig voneinander dargestellt werden.Rigol Technologies

Einen ausgesprochen erfreulichen Eindruck machte hingegen die Firmware.

Eine gut durchdachte und einfach zu benutzende Oberfläche mit umfangreichen Einstellmöglichkeiten und Komfortfunktionen für alle Messaufgaben macht das Arbeiten mit dem Analyzer auf diesem Gebiet zur Freude. Allein zirka 450 Positionen umfassen die Menükarten, daher kann hier nur eine Auswahl von hilfreichen Features genannt werden:

• Neben der verbreiteten Auto-Tune-Möglichkeit findet man auch Auto-Scale, Auto-Range und Auto-Couple, die es dem Analyzer ermöglichen, Signale automatisch zu finden und passend darzustellen.
• Drei unabhängige Traces und ein Math-Trace (nach Durchführung diverser mathemathischer Funktionen) können unabhängig voneinander dargestellt werden (Bild 2).
• Eine Bildschirmteilung für Tabellen mit Zoommöglichkeit auf volle Schirmgröße vereinfacht die Arbeit bei einer großen Anzahl von Markern oder der Erstellung detaillierter Fehlermasken.
• Eine Zoom-In/Out-Funktion verkleinert/vergrößert den Spanbereich, wobei Auflösungs- und Videofilter automatisch mitgezogen werden.
• Ausgefeilte Markerfunktionen wie beispielsweise Signaltrack- oder Span-Pair-Marker erleichtern die Ausmessung von Signalen.Neun automatische Messfunktionen für die wichtigsten Messaufgaben bieten viel Komfort. Dabei reicht die Skala vom n-dB-Down-Marker zur Filterbreitenbestimmung, von der Ermittlung des Signal-zu-Rauschverhältnisses oder der Intermodulationsstörung bis hin zu Messungen für den digitalen Kommunikationsbereich wie Kanalleistung oder belegte Bandbreite.
• Eine Fülle von Steuerungsmöglichkeiten zur Speicherung von Daten, Traces sowie deren Ausdruck erleichtern die Archivierung.
• Schließlich ermöglicht die optionale PC-Software Ultraspectrum elegante Darstellungsmöglichkeiten wie Histogramme oder Wasserfalldiagramme (Bild 3).

Bild 3: Mit der optionalen PC-Software Ultraspectrum können auch Histogramme oder Wasserfalldiagramme dargestellt werden.Rigol Technologies

Zusammenfassung

Insgesamt gesehen hat die 1000er Serie ihre Stärke in der Firmware, sowohl vom Umfang als auch von den Ideen. Die Leistung der implementierten Hardware lässt in einigen Bereichen noch Verbesserungen zu, die der Hersteller aber angehen wird. In anderen Bereichen ist sie noch so effektiv, dass auch Messungen in der wichtigen digitalen Kommunikation (WLAN, GSM, Bluetooth und so weiter) möglich sind. Die automatischen Messfunktionen decken die meisten Messaufgaben eines Analysers ab – vermisst wurde lediglich eine Modulationsgradmessung sowie eventuell ein Gated Sweep zur Darstellung von Burstsignalen. Ebenso fehlt bei der 1000er Serie leider mangels Quasi-Peak-Detektor und EMI-Filtern die Möglichkeit für EMV-Messungen.

Das Handbuch ist sehr ausführlich und verständlich geschrieben. Es umfasst zirka 280 Seiten, zeigt viele Messbeispiele und führt in knapp 30 Flussdiagrammen durch die umfangreiche Firmware. Eine zusätzliche Programmieranleitung hilft bei der Erstellung von Programmsequenzen zur Fernsteuerung des Analyzers. Leider liegen beide Dokumente nur in englischer Sprache vor.

Das Einstiegsmodell DSA 815 mit überarbeiteter Hardwareplattform setzt einen neuen Standard bei Leistung und Preis in der Basisklasse. Es bietet einen Frequenzbereich von 9 kHz bis 1,5 GHz bei einer minimalen Auflösung von 100 Hz. Die Empfindlichkeit wird im Frequenzbereich ab 1 MHz mit bis zu -135 dBm (DANL) angegeben.

Das Gerät besticht ebenfalls durch ein großes 8-Zoll-Display und wird mit umfangreicher Analysesoftware angeboten. Dazu gehört unter anderem eine EMV-Messmöglichkeit mit EMI-Filtern und Quasi-Peak-Detektor wie auch ein Stehwellenmesskit. Entsprechend der Zielgruppe wird für dieses Modell gerade ein Handbuch in deutscher Sprache erstellt.

(jj)