Der Spectrumanalysator

Wie schon erwähnt wurde, besteht eine elektromagnetische Welle in der Regel nicht nur aus einer einzigen Frequenz wie dies bei einer spektroskopisch reinen Sinusschwingung theoretisch der Fäll wäre. Zur eigentlichen Grundfrequenz werden in jedem realen Oszillator stets noch etliche, weitere Schwingungen mit bestimmten Vielfachen der Grundfrequenz generiert, (Oberwellen) die man im Tonfrequenzbereich zum Beispiel als "Klangfarbe" wahrnimmt und deren aufsummierte Effektivwerte im Verhältnis zur Summe der Effektivwerte von Grundschwingung und Oberwellen als "Klirrfaktor" bezeichnet werden.- Je kleiner also der Klirrfaktor, desto reiner ist die Grundschwingung und desto weniger unerwünschte Störungen oder Verzerrungen des Grundtones treten auf. In der Praxis wird dies in der Regel durch die Auswahl ganz bestimmter Sinus-Oszillatoren und nachgeschalteten Filternetzwerken erreicht.

Was für Tonfrequenzen gilt, ist grundsätzlich auch bei höheren Frequenzen zutreffend. Speziell im Sendebetrieb haben die Oberwellen eine ganz besondere Bedeutung, da sie im allgemeinen unerwünscht sind und andere Frequenzbänder unangenehm stören können.-Wem würde es schon gefallen, wenn er die privaten Gespräche etwa der CB-Funker im 27 MHz Bereich (11 Meterband) auf UKW mitten in seiner Lieblingsradiosendung auf UKW mithören würde? Leider passieren ab und zu aber tatsächlich derartige Pannen...Warum dies passieren kann, und was dagegen zu tun ist, werde ich später noch näher im Kapitel CB-Funk erläutern.

Um die erwähnten Oberwellen eines Oszillators nun sichtbar zu machen und ihre Pegel im Größenverhältnis zur Grundschwingung zu setzen, benötigt man einen Spektrum Analysator. Diese Geräte sind je nach Ausstattung, Genauigkeit und Frequenzbereich enorm teuer (Zwischen einigen 1.000 und mehreren 10.000 DM), so dass sich eine Anschaffung für Hobbyelektroniker kaum rentieren wird. Die folgende Abbildung zeigt ein einfacheres Gerät mit einem Anzeigebereich von 100kHz bis ca. 700 MHz, (Nominal: 0,15...500 MHz) wie es etwa für die Einstellung von Kurzwellenfunkgeräten gerade noch ausreichend ist. Es gibt aber auch Versionen die den Tonfreqquenzbereich bis herunter zur Gleichspannung (0 Hz) oder nach oben bis zu den höchsten Microwellenbereichen einschließen. Dazu sind unter anderem besondere Höchstfrequenzsonden mit eingebauten Mischern und Vorteilern nötig, auf die ich hier aber nicht weiter eingehen möchte, da es den Rahmen dieser Seiten hoffnungslos sprengen würde.

Der Bildschirm zeigt das Spektrum eines Quartzoszillators mit einer Grundfrequenz von 10 MHz. Jeder der angezeigten Peaks entspricht einer Oberwelle. Die Mittenfrequenz des Analysators ist auf 250 Mhz eingestellt und entspricht dem kleinen Peak in der Bildschirmmitte. Die eingestellte Scanwidht (Frequenzhub des Analysators) entspricht in diesem Beispiel genau 100 MHz pro Scalenteil. Durch entsprechende Einstellungen ist es ein leichtes, aus dieser Übersichtsdarstellung durch Spreizung selbst eine einzelne Oberwelle als Vollbild darzustellen und mittels der internen Eichung des Gerätes den relativen Pegel im Verhältnis zur Grundwelle ebenso zu messen wie die absoluten Pegelwerte in dBm anzugeben.Im vorliegenden Beispiel ist das Gerät aufgrund bestimmter Filtereinstellungen jedoch im uncalibrierten Modus, da dies eine bessere optische Darstellung liefert.

Das nächste Bild zeigt dementsprechend solch eine Spreizung für einen bestimmten Bereich des Gesamtspektrums mit einer Mittenfrequenz von ca. 27 MHz und einer Darstellung von 100 kHz / DIV ( Das heisst: 1 Scalenteil entspricht 100 kHz).

Es wird in diesem Falle die Grundschwingung (Trägersignal) eines CB Senders gemessen. Bei all diesen Diagrammen werden allerdings nicht die realen Wellenformen auf dem Schirm gezeigt, sondern lediglich Empfangs-Pegel in Abhängigkeit von der Empfangs-Frequenz dargestellt. Der untere Bildschirm zeigt übrigens das gleicheTräger- Signal mit einer höheren Auflösung. Die Breite und Höhe der dargestellten Schwingung sind übrigens nicht nur ein genaues Mass für Frequenz und Signalstärke, sondern man kann bei einem modulierten Träger auch den Modulationsgrad und/oder den Frequenzhub ablesen indem man Höhe und Breite des modulierten Signals vermisst. Das Gerät besitzt zu diesem Zweck Cursortasten, die mittels Messlinien eine genaue Vermessung des Bildes auf dem Schirm zulassen und die gemessenen Werte gleich als Zahlen einblenden.