Oberwellen:

Wie ich bereits mehrfach an anderer Stelle erwähnte, produzieren reale Oszillatoren nur mit erheblichem Filteraufwand eine halbwegs "saubere" , das heißt: spektralreine Grundschwingung. In der Regel ist es in allen Frequenzbereichen (Sowohl in bei Hochfrequenz- als auch bei Niederfrequenzschwingungen) eher so, dass neben der Grundwelle gleich ein ganzes Spektrum an oft unerwünschten Nebenwellen generiert wird, die man einerseits mit geeigneten Schaltungen ausfiltern und andererseits bei Bedarf auch für bestimmte Zwecke verstärken und nutzen kann. Im folgenden Beispiel ist mittels eines Spektrumanalysators das Spektrum eines Eichnormal - Schwingquartzes mit einer Grundfrequenz von 10.000000 Hz (=10 MHz)dargestellt:

Wie deutlich zu ersehen ist, erscheinen zum eigentlichen Grundsignal von 10 MHz in Abständen von ebenfalls 10MHz die entsprechenden Vielfachen als Oberwellen. Sie werden dementsprechend als Erste,- bis x-te Oberwelle bezeichnet und durchnumeriert. Das heisst: die 7.Oberwelle hätte zum Beispiel dann eine Frequenz von 70 MHz, die 20.Oberwelle von 200 MHz und die (nicht mehr auf dem Bild sichtbare) 100.Oberwelle eine Frequenz von 1000 MHz (=1GHz).

Spektrum eines 10.000.000 Hz Quartzes

Der Nullpeak ganz links hat nichts mit dem dargestellten Spektrum zu tun.- Er zeigt bei manchen Geräteeinstellungen die interne Schwingung des sogenannten "1st LO" (First Local Oszillator) des Spektrumanalysers an (Baubedingt und gerätespezifisch) und wird immer dann sichtbar, wenn seine Frequenz in den Durchlassbereich des 1. ZF Filters fällt. Er wäre in diesem Falle auch ohne anliegendes Eingangssignal sichtbar und hat sonst auch keinerlei weitere Bedeutung.

Aufgrund der Breitbandigkeit der verwendeten Schaltung , schwingt der Grundwellenquartz auf allen möglichen Obertönen bis weit hinein in den Gigahertzbereich. Die obige Darstellung ist jedoch auf maximal ca. 500 MHz beschränkt und entstand bei einer Eingangsabschwächung von -20dB bei 50MHz/div und 250kHz ZF-Bandbreite. Die Pegelangaben beziehen sich auf einen internen, absoluten Eichwert von -27dBm und sind damit ebenfalls Absolutwerte. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass die eigentliche Grundwelle mit -39dBm (= 2,5mV an 50 Ohm) fast um 30dBm schwächer zu sein scheint als zum Beispiel ihre 5.Oberwelle mit 5 x 10MHz = 50 MHz und einem absoluten Pegel von -11dBm (= 62 mV an 50 Ohm). Dh.: die Spannung dieser Oberwelle ist also etwa 25 Mal so hoch wie die der Grundwelle.

Setzt man dann die Grundwelle nun einfach gleich 0dB, kann man aus den Größenrelationen der Oberwellenpeaks zur Höhe des Grundwellenpeaks auch die relativen Spannungen und Leistungen aller erzeugten Oberwellensignale definieren und in Bezug auf die Grundwelle in (relativen) -dB oder +dB Einheiten angeben. Füer den Peak der 10. Oberwelle (100 MHz) ergibt sich also ein positives dB Verhältnis von (-39)-(-25) oder auch +14dB relative Verstärkung in Bezug auf die Grundwelle. Erst die Pegel der Oberwellen über 240MHz sind erkennbar niedriger als die Grundwelle und würden dann mit einer negativen -dB Angabe versehen.- In diesem Falle redet man auch von Abschwächung oder Dämpfung. In unserem Falle wären das zum Beispiel (-39)-(-69) = -30dB Dämpfung der 45. Oberwelle (450MHz) gegenüber der Grundwelle.

Je höher die Grundschwingung selbst ist, desto weniger Oberwellen können im Nutzbereich des Oszillators unangenehm auffallen. Zwar gibt es auch sogenannte subharmonische Schwingungen, also gewissermassen Unterwellen, (Bruchteile der Grundfrequenz) diese liquidieren sich aber zumeist aufgrund der Hochpasseigenschaften der auf die höhere Grundfrequenz ausgelegten Oszillatoren von selbst.- Anders ausgedrückt: Ihre Dämpfung aufgrund des Schaltungsaufbaues ist in der Regel so hoch, dass sie gar nicht erst in nachweisbaren Pegeln entstehen können.- Ausnahmen bestätigen aber auch hier die Regel. Will man solche Subharmonischen nutzen, benötigt man Frequenteilerschaltungen oder spezielle aktive Schwingkreise, die sich von einer höheren Frequenz zwar erregen lassen, aber aufgrund ihrer Bauteilebemessung dann nur auf niedrigeren Frequenzen mitschwingen können.- Die entstehende Subharmonische ist recht schwach und muss selektiv nachverstärkt werden. Man findet solche Schaltungen zum Beispiel im Tonfrequenzbereich in Form von aktiven Filtern (Equalizern usw.), in der HF Technik haben sich dagegen eher Frequenzteiler und Mischer bewährt.