Wie funktioniert ein Spektrumanalysator?

Wie schon angedeutet, ist ein SA nichts weiters als ein spezieller, automatisch abstimmbarer Messempfänger (Wobbelempfänger) mit einer abstimmungsfrequenzabhängigen Pegelanzeige auf dem Bildschirm eines Oszilloskops. Um dabei ein verwertbares, stehendes Bild zu erhalten, geschieht diese Abstimmung durch die Horizontalablenkungsspannung (Kippspannung) des Oszilloskops selber, so dass gewissermaßen jeder Punkt ( X- Koordinate) auf der Horinzontalen des Bildschirms einer ganz bestimmten Empfangsfrequenz des damit angesteuerten Messempfängers entspricht. Gleichzeitig wird das empfangene Signal im Empfänger gleichgerichtet und eine dem jeweiligen Empfangspegel proportionale Gleichspannung auf den Vertkalverstärker (Y- Koordinate) des Oszilloskops eingespeist. Lässt man nun die Horizontalablenkung des Oszilloskops mit einer bestimmten Frequenz durchlaufen, erhält man also ein stehendes Bild mit entsprechenden Peaks an den Stellen der X-Achse, an denen die dazugehörige Abstimmung des Messempfängers zum Empfang eines Signals geführt hat.

Allerdings gibt es durchaus noch andere analoge und digitale Varianten, insbesondere bei der Erfassung höherer und höchster Frequenzen, auf die hier aber nicht eingegangen werden kann. So ist es zum Beispiel bei manchen Selbstbaumodellen auch durchaus üblich, nicht die Kippspannung aus dem Oszilloskop zur Steuerung des Empfägers zu verwenden, sondern den S.A. eigenständig eine entsprechende Ablenkspannung erzeugen zu lassen, die dem Oszilloskop dann über den X-Eingang zugeführt wird.(X -Y Betrieb). In dieser Betriebsart ist dann allerdings bei vielen digitalen Oszilloskopen keine Bildspeicherung mehr möglich.

Die folgende Grafik zeigt das stark vereinfachte Blockschaltbild eines S.A. für einen evtl. Selbstbau.

Das Signal gelangt über einen geeichten, regelbaren Abschwächer und einen ebenfalls geeichten, regelbaren HF-Verstärker (Sehr breitbandig und mit linearer Verstärkungskurve) auf den Antenneneingang eines spannungsabstimmbaren Messempfängers mit möglichst hoher Selektion und regelbarer Bandbreite. Hierfür eignen sich entweder modifizierte Amateurfunkgeräte, analoge Scanner oder ein guter Fernsehtuner, möglichst mit verschiedenen Bereichen einschl. Sonder und Kabelkanälen. Im Spezialfall können auch Satellitenempfänger Verwendung finden, wenn man später diese hohen Bereiche ebenfalls untersuchen möchte.

Die genannten Empfänger verfügen in der Regel bereits über spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO' s), so dass es für einen versierten Bastler ein Leichtes sein wird, mittels einer entsprechenden Eingangsschaltung (sog. Wobbelrampe) den Empfänger für eine externe, spannungsgesteuerte Abstimmung vorzubereiten. Bei älteren Empfängern lässt sich leicht mittels einer Varicapdiode, einer Drossel und verschiedenen Kleinbauteilen auch nachträglich eine Spannungssteuerung realisieren, die aber relativ aufwendig an die vorhandenen Empfängeroszillatoren angepasst werden muß um erstens auch wirklich den gesamten Abstimmungsbereich kontinuierlich überstreichen zu können und zweitens einen der Steuerspannung proportionalen und möglichst eichbaren, linearen Verlauf zu erzielen.- Hilfreich wäre in diesem Fall allerdings die freie Umschaltbarkeit zwischen Logarithmischem und Linearem Verlauf. Im folgenden Prinzipschaltbild sehen wir eine Wobbelrampe wie ich sie selbst zur Nachrüstung eines TRIO Amateurempfängers ( JR 599) verwendet habe. Die Größe und Bezeichnung der Bauteile habe ich offengelassen, da sie ohnehin für jeden Empfänger entsprechend angepasst werden müssen. Dies gilt insbesondere für den Regelbereich und Typ der Varicapdioden, die man wie im vorliegenden Falle auch parallel kaskadieren kann um einen weiteren Abstimmbereich zu erzielen. Es empfielt sich aber auf jeden Fall, den rot umrandeten Aufbau komplett im Hauptoszillatorgehäuse des Empfängers unterzubringen und nur den linken Anschluss von Dr2 mittels einer kleinen Bohrung und eines Durchführungskondensators herauszuführen.Der auptoszillator muß u.U. nach Einbau der Schaltung mehrfach neu geeicht werden und zwar im Wechsel mit der Calibration der Wobbelrampe. Mit ein wenig herumprobieren und den nötigen Messgeräten (Frequenzzähler, Oszilloskop, Messsender, Eichpegelquelle!!) kann die Schaltung jedoch nahezu perfekt eingepasst werden.

Als Output wäre die interne Feldstärkeanzeige (S-Meterspannung) des Empfängers geeignet. In einigen Fällen kann aber auch der NF Output (Lautsprecherausgang) oder die reine Ausgangswechselspannung der letzten ZF Stufe sinnvoll sein.- Der kluge Bastler baut vor und macht diese 3 Spannungen einfach umschaltbar. So stehen dann eine Gleichspannung , ein ZF-Signal und ein NF-Signal zur Auswertung auf dem Y-Kanal des Scopes zur Verfügung.

Die Steuerung der Wobbelrampe des Empfängers sollte man so einfach und zuverlässig wie möglich gestalten: Bei guten Scopes ist oft ein fertiger Ausgang für die Kippspannung (X-OUT) vorhanden.. Falls nicht, kann man auch hier leicht nachrüsten und über einen hochohmigen (!!!) Spannungsteiler (2 Widerstände mit je 1-2 Megaohm )die symmetrischen Ausgangsspannungen der Horizontalverstärker zusammengefasst nach aussen legen und über einen regelbaren Pufferverstärker (Steuerverstärker) mit ebenfalls hochohmigem Eingang dem Empfänger in genau geeichten Anteile zuführen.

In seltenen Fällen tritt beim Einbau dieser Auskopplungsschaltung eine störende Beeinflussung des Schirmbildes auf. In diesem Falle kann man versuchen, entweder die Widerstände auf 4,7 Megaohm zu erhöhen oder besser jeweils eine Diode in die Auskoppelzweige vor den Widerständen zu legen um Rückwirkungen zu minimieren. Die Diden müssen dann aber entsprechend ihrer Spannungsfestigkeit und mit richtiger Polarität eingebaut werden....Wer damit Probleme hat, nimmt einfach Universalschaltdioden mit Spannungsfestigkeit für ca. 1000 Volt und probiert im Zweifelsfalle die richtige Polung aus...Passieren kann absolut nix, da ja noch die Widerstände in Reihe liegen. Man vermeide aber unbedingt Auskopplungskondensatoren: Erstens können sie die Wellenform der Kippspannung ungünstig beeinflussen und zweitens verhindern sie später eine für die Eichung und auch in manchen Betriebsarten des S.A. erforderliche Gleichspannungskopplung des VCO mit dem Kippgenerator.

Sollte entsprechendes Interesse bestehen, werde ich eventuell zu einem späteren Zeitpunkt auch gerne eine komplette Selbstbauanleitung veröffentlichen. Also: Bitte mailt ruhig Eure Meinungen und Wünsche an: technodoc@technodoctor.de