Universell und breitbandig, dem entgeht nichts

Bild 1: Der kompakte R&S FSV-Signal- und Spektrumanalysator mit Touchscreen und einfacher Bedienung und direkter Unterstützung von Leistungsmessköpfen für Installation und Service.Rohde & Schwarz

Der 2008 in den Markt eingeführte und immer noch aktuelle FSV (Bild 1) zeichnet sich durch seine guten HF-Eigenschaften im Bereich 10 Hz bis 40 GHz aus, seine in dieser Klasse einzigartige Analysebandbreite von 160 MHz und sein Angebot an Analysepaketen für analoge Modulationsverfahren sowie seine Mobilfunk- und Breitbandkommunikationsstandards. Er ist um den Faktor fünf schneller als vergleichbare Signal- und Spektrumanalysatoren und verfügt über zeitoptimierte Messroutinen und hohen Datendurchsatz. Bild 2 zeigt das vereinfachte Blockschaltbild, Bild 3 das Motherboard und Bild 4 einen Blick von oben in das Innere.

Vom Aufbau her ist der R&S FSV7 ein Überlagerungsempfänger, der mit einem durchstimmbaren Lokaloszillator den Frequenzbereich von 10 Hz bis 7 GHz abdeckt. Das Blockschaltbild in Bild 2 beschreibt grob die Aufteilung des Geräts in die einzelnen Funktionsbaugruppen.

Frequenzbereich von 10 Hz bis 7 GHz

Zunächst durchläuft das Eingangssignal einen Eingangsabschwächer (Attenuator). Dessen in 10-dB-Stufen schaltbare Dämpfungsglieder dienen dazu, die Leistung des Eingangssignals auf maximal -10 dBm zu begrenzen, um den ersten Mischer des nachfolgenden HF-Frontends nicht zu übersteuern oder gar zu zerstören.

Auf dem HF-Frontend kann der Signalpegel anschließend nochmals über einen elektronischen Abschwächer in 5-dB-Stufen oder optional in 1-dB-Stufen feiner skaliert werden. Für sehr kleine Signale enthält das HF-Frontend vor dem ersten Mischer ebenfalls optional einen zuschaltbaren breitbandigen Vorverstärker, der den Signalpegel um 20 dB anhebt und damit den Signal-Rauschabstand und die Aussteuerung der Mischstufen deutlich verbessert.

Signalpegel fein skalieren

Der Empfänger des HF-Frontends selbst arbeitet nach dem Super-Heterodynprinzip, das heißt das Eingangssignal wird mithilfe von insgesamt drei Mischstufen auf eine letzte Zwischenfrequenz von zirka 90 MHz umgesetzt. Am Ausgang jeder Mischstufe sorgen Filter für die Unterdrückung des jeweils nicht verwendeten Seitenbandes und verhindern dadurch den Empfang von Signalen auf Spiegelfrequenzen (das sind Frequenzen im Abstand von zweimal der ZF der Empfangsfrequenz). Die für die Mischstufen notwendigen Lokal-Oszillatoren sind ebenfalls im HF-Frontend angesiedelt, ebenso wie die Aufbereitung des 10-MHz-Referenzsignals, das die absolute Frequenzgenauigkeit bestimmt und wahlweise von einem im Frontend integrierten TCXO, einem optionalen OCXO (Option B4) oder einer extern angeschlossenen Signalquelle stammt.

Bild 3: Das Motherboard des FSV mit den wesentlichen Funktionsbaugruppen.Rohde & Schwarz

Dann wird das ZF-Signal differenziell auf das nachgeschaltete Detektorboard geführt und dort 40 MHz breit vom A/D-Wandler abgetastet. Zunächst wird das so digitalisierte Signal durch digitale Auflösefilter bandbegrenzt und anschließend logarithmiert. Das nachgeschaltete Videofilter dient zur Glättung der Messkurve, indem es noch vorhandenes Rauschen auf der Messkurve reduziert. Schließlich wird das Signal durch sogenannte Detektoren bewertet, das heißt während der voreingestellten Messzeit werden Maximum, Minimum, Effektivwert oder arithmetischer Mittelwert bestimmt und via PCI-Bus an den Rechner (CPU-Board) übergeben.

Bild 4: Einblick in den unbestückten FSV.Rohde & Schwarz

Der Rechner, eine PC-Architektur mit gerätespezifischen Erweiterungen, übernimmt die weitere Verarbeitung der Messdaten: er rechnet Korrekturkennlinien ein und sorgt für die richtige Skalierung auf Basis der gewählten Verstärkungs- und Dämpfungseinstellungen. Schließlich stellt er die Messkurve in einem karthesischen Diagramm auf dem LCD-Bildschirm der Fronteinheit (Front Unit) dar und nimmt vom Benutzer die Geräteeinstellungen über Tastatur und Touch-Screen entgegen, um sie in die gewünschten Messabläufe umzusetzen. Für automatisierte Messungen werden LAN und IEC-Bus als Fernsteuerschnittstellen unterstützt.

Durch sein digitales Signalverarbeitungskonzept lässt sich der R&S FSV durch einfaches Installieren von zusätzlichen Softwarepaketen in vielerlei Hinsicht erweitern. So stehen Messapplikationen für analog und digital modulierte Signale zur Verfügung, für alle gebräuchlichen Mobilfunkstandards, für Rauschzahl- und Verstärkungsmessung, für Phasenrauschen und selbst für Messungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).

Pegelkennlinien einfach vermessen

Über einen optionalen Mitlaufgenerator (B9, Tracking Generator), dessen Ausgangsfrequenz mit der Empfangsfrequenz des Empfängers übereinstimmt, lässt sich der R&S FSV zum skalaren Netzwerkanalysator erweitern. Damit lassen sich beispielsweise sehr einfach die Pegelkennlinien von Filtern oder Verstärkern vermessen. Dem gleichen Zweck dient die Option externe Generatorsteuerung (B10, Ext. Generator Control), die lediglich statt des eingebauten Mitlaufgenerators einen per LAN oder IEC-Bus angeschlossenen Signalgenerator als Signalquelle verwendet.

Alle Baugruppen werden über die zentrale Trägerplatine vom Netzteil mit den benötigten Spannungen, sowie vom Frontend mit Taktsignalen und vom Rechner mit Steuersignalen über SPI- oder PCI-Bus versorgt. Der letzte Funktionsblock, Option B5, Additional Interfaces, beinhaltet Schnittstellen für Peripheriegeräte. Darin enthalten sind unter anderem ein umschaltbarer ZF-/Video-Ausgang, sowie zusätzliche USB-Schnittstellen.

Gesamtmessunsicherheit von nur 0,3 dB

Der Frequenzbereich des FSV beträgt 10 Hz bis 4/7/13,6/30/40 GHz. Er weist eine Gesamtmessunsicherheit von nur 0,3 dB bis 3,6 GHz und lediglich 0,4 dB bis 7 GHz auf. Das Grundgerät stellt alle erforderlichen Funktionen wie die Messung von Kanal- und Nachbarkanalleistung oder Spektrum-Emission-Mask sowie eine umfangreiche Auswahl an Detektoren zur Verfügung. Ergänzt durch Optionen zur Analyse von GSM/EDGE/EDGE Evolution (inklusive Vamos), WCDMA/HSPA, TD-SCDMA, CDMA2000, 1 × EVDO, Wi-Max WLAN, 3GPP LTE, ist der R&S FSV für die Entwicklung im Mobilfunklabor prädestiniert. Hier unterstützen auch der analoge Messdemodulator und die Möglichkeit, einen Leistungsmesser der R&S NRP-Serie direkt betreiben zu können. Außerdem bietet er Optionen, um Phasenrauschen oder die Rauschzahl von Komponenten zu messen, was hilfreich ist für alle Entwickler, die mit Hochfrequenztechnik zu tun haben.

Sein vollständig digitales Backend sichert hohe Messgenauigkeit und ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit. Er verfügt über die größte I/Q-Speichertiefe seiner Klasse zur Aufzeichnung langer Signalsequenzen. Die Messabläufe für den Fertigungsbetrieb sind maßgeschneidert. Per Fernsteuerung lässt sich der R&S FSV effizient betreiben. Dazu hat er auch vielseitige Marker- und Trace-Funktionen. Bei der skalaren Netzwerkanalyse kann er Frequenzgänge, Bandbreiten und Verstärkung schnell bestimmen.

Der R&S FSV wurde seit seiner Markteinführung kontinuierlich durch Optionen und Messapplikationen erweitert und wird mittlerweile in Modellen bis zu 40 GHz angeboten. Alle Versionen sind bei Rohde & Schwarz direkt erhältlich.

(ah)