Span beim Spektrumanalysator: Die versteckte Messfalle

Die Span-Einstellung eines Spektrumanalysators kann eine Messung überzeugend wirken lassen – und dabei trotzdem ein falsches Ergebnis liefern. In diesem Ausschnitt von Elektor TV zeigt Sebastian Westerhold von Baltic Lab eine Falle, in die RF-Anwender häufig tappen: Ein Signal erscheint auf der falschen Frequenz – nicht weil Sender oder Analysator ungenau sind, sondern weil die Analysatoreinstellungen zu großzügig interpretiert werden.

Spektrumanalysator-Span-Demo ansehen

Das Gerät in der Demo ist ein Spektrumanalysator der Rigol-RSA-Serie. Sebastian beginnt mit einer bewusst merkwürdig wirkenden Messung: Die Grundwelle erscheint bei 143,75 MHz, obwohl das eigentliche Signal bei etwa 145 MHz liegen sollte. Der lehrreiche Teil der Demo besteht darin, dass der Fehler nicht auf die Referenzgenauigkeit, Senderdrift, GPS-Synchronisierung oder irgendein mysteriöses HF-Problem geschoben wird. Das Problem ist grundlegender und ärgerlicher: Der Span des Spektrumanalysators ist für die durchgeführte Messung schlicht zu weit.

Der Analysator ist auf einen Span von 1,4 GHz bei einer Auflösungsbandbreite von 100 kHz eingestellt. Das klingt vernünftig, wenn man einfach einen großen Frequenzbereich überblicken möchte. In diesem Fall verfügt der Analysator jedoch über 801 Punkte über den angezeigten Span. Bei diesen Anzeigepunkten handelt sich um diskrete Positionen entlang des Sweeps. Liegt das Signal zwischen zwei dieser Punkte, kann der Analysator zwar etwas anzeigen, aber der Marker kann einen Peak auf der falschen Frequenz und mit der falschen Amplitude anzeigen.

Warum Anzeigepu​nkte wichtig sind

Sebastian erläutert, dass sich die 100 kHz RBW auf die 3-dB-Bandbreite des gaußförmigen Filters des Analysators bezieht. Ein Signal, das leicht außerhalb der Filtermitte liegt, kann dennoch durch die Filterflanke hindurchkommen. Das Ergebnis ist eine glaubwürdig aussehende Kurve, die nicht die tatsächliche Signalfrequenz wiedergibt. Mit seinen Worten: Sowohl die Frequenzanzeige als auch die Amplitudenanzeige sind falsch.

Das ist der Punkt, der jeden, der EMV-Prüfungen, Amateurfunk-Sendermessungen oder HF-Fehlersuche durchführt, aufhorchen lassen sollte. Ein weiter Span eignet sich gut für die Suche, ist aber eine schlechte Standardeinstellung für präzise Messungen. Wer alles auf einmal sehen möchte, verteilt die Anzeigepu​nkte über einen viel größeren Bereich. Die Kurve mag ordentlich aussehen, die Messung kann jedoch so grob sein, dass sie zu falschen Schlüssen führt.

Den Span des Spektrumanalysators korrigieren

Die Lösung in der Demo besteht darin, den Span zu verringern. Sebastian verwendet eine Faustformel aus der EMV-Praxis: Der Abstand zwischen den Punkten sollte etwa dem Doppelten der Auflösungsbandbreite entsprechen. Mit 801 Punkten und einer RBW von 100 kHz ergibt sich ein sinnvoller Span von etwa 40,5 MHz. Er stellt den Analysator dann auf einen Span von 40,5 MHz ein, behält 145 MHz als Mittenfrequenz bei – und die Frequenzanzeige stimmt.

Die praktische Lehre lautet nicht: „Verwende nie einen weiten Span." Weite Spans sind zum Suchen da. Zum Messen sollte man den Span jedoch einengen. Elektor-Leser, die mit HF arbeiten, kennen dasselbe grundlegende Problem aus anderen Situationen auf dem Messtisch: Das Gerät lügt nicht, aber es tut genau das, was man eingestellt hat – nicht das, was man eigentlich gemeint hat. Unsere aktuelle HF-Messtechnik-Berichterstattung hat auf denselben Punkt im Zusammenhang mit Störaussendungen und Analysatoreinstellungen hingewiesen.

Für alle, die den Umgang mit einem Spektrumanalysator erlernen, ist dies eine gute Erinnerung daran, Span, RBW und Sweep-Punkte als zusammengehörige Einheit zu betrachten. Passen sie nicht zur beabsichtigten Messung, kann die Anzeige professionell wirken – während das Ergebnis schlicht falsch ist. Das ist eine besonders tückische Eigenschaft von Messgeräten: Sie können fehlerhaft messen und das Ergebnis trotzdem in einer einwandfreien Darstellung präsentieren.