Spektrumanalyser Pegel ablesen in dB und Volt

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Spektrumanalyser Pegel ablesen in dB und Volt

Neuer Beitragvon uetzelbruetzel am Donnerstag 16. Dezember 2010, 10:00

Hallo!
Ich hoffe die folgende Frage kann mir jemand von euch beantworten:

Wenn man ein Rechtecksignal (im Zeitbereich) mit einem Spektrumanalysator (Frequenzbereich) anschaut so sieht man das ganz allgemeine Spektrum wie es überall in der Literatur nachzulesen ist (die Spektrallinien der entsprechenden Oberwellen und ihr Pegel).
So weit so gut! Lese ich nun die Pegel der Spektrallinien ab so ergibt sich für mich die folgende Frage:
Die Pegel (in dB) können in V umgerechnet werden, da die dB-Angaben eigentlich nichts anderes sind als ein Spannungsverhältnis. Bei der Umrechnung auf die Spannungswerte ist eben auf die dB-Definition zu achten!
Nehm ich nun meine Pegelwerte, die ich am Spektrumanalysator ablese, und rechne diese in Spannungswerte um, so stimmen die Werte nicht mit den Werten überein die ich mit Hilfe der Fourier Transformation berechnet habe.
Die Werte sind doch "linear" umzurechnen d.h. die Darstellung am Spektrumanalysator ist doch nicht gewichtet?
Mir muss bei der Umrechnung in die Spannungswerte ein Fehler unterlaufen. Könnt ihr mir vielleicht sagen wo mein Fehler liegt?
Über eine Antwort würde ich mich sehr freuen.

Viele Grüße
Michael Herrmann
uetzelbruetzel
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Re: Spektrumanalyser Pegel ablesen in dB und Volt

Neuer Beitragvon anders am Donnerstag 16. Dezember 2010, 10:16

Mir muss bei der Umrechnung in die Spannungswerte ein Fehler unterlaufen. Könnt ihr mir vielleicht sagen wo mein Fehler liegt?
Nicht ohne daß du die Schaltung, deine Rechnung und die Meßwerte vorstellst.
anders
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Re: Spektrumanalyser Pegel ablesen in dB und Volt

Neuer Beitragvon uetzelbruetzel am Freitag 17. Dezember 2010, 15:46

Hallo!
also erst mal danke für die Antwort. Ich dachte die Rechnung spielt keine Rolle da meine Frage allgemein ist. Aber gut: eine Schaltung gibt es nicht wirklich! Ich kann sie kurz beschreiben:

Das Ausgangssignal vom Funktionsgenerator wird direkt auf den Eingang des Spektrumanalysators gegeben. Beide haben den Widerstand 50 Ohm (Innenwiderstand vom Funktionsgererator und Eingangswiderstand vom Analysator). Eine "Verschiebung" der Messwerte durch eine Fehlanpassung ist also ausgeschlossen!

Die Pegelangaben sind in dBm also 775mV an 600 Ohm.

Am Funktionsgenerator hatte ich die Möglichkeit den Pegel in Volt oder in dB einzustellen.
Hab ich nun am Funktionsgenerator einen Pegel eingestellt, so konnte ich den entsprechenden Pegel am Analyser messen. Der obere Bereich (also die gröperen Spannungen) war nich so ganz genau. Aber bei kleineren Spannungen (größerer Pegel) hat es gestimmt.

In meinem Ausbildungsbetrieb hab ich mal eine Pegeltabelle bekommen. Dort werden die Angaben in db umgerechnet in Volt angegeben. Hab ich nun z.B -30dB mit dem Analyser gemessen so sollte mit dem Oszi eine Spannung von 0.024495V zu messen sein (Sinussignal_effektiv). Die Spannungen in der Tabelle sind Effektivwerte. Mit dem Oszi hab ich den Spitzenwert gemessen. Das hab ich berücksichtigt!!!

Also musste es an der Bezugsspannung liegen. Dazu bin ich hergegangen und hab mit dem Funktionsgenerator einen Pegel (in dB) eingestellt und mit dem Oszi den Spitzenwert gemessen und den dann in einen Effektivwert umgerechnet:

Eingestellter Pegel: -15,2 dB; mit dem Oszi gemessene Spannung: 0,1 eingestellter Pegel = 20 * log (gemessene Spannung / Bezugsspannung) Das hab ich mit mehreren Pegeln gemacht und bin zu folgender Bezugsspannung gekommen: 0,379104798 (ein Durchschnitt aller Berechnungen) Die Spannung passt zu keiner der in der Literatur angegebenen Difinition!

Was ist da falsch gelaufen?

Aber meine Messung hat funktioniert! Jetzt konnte ich mit dem Funktionsgenerator einen Spannungspegel einstellen und mit dem Oszi den korrekten Pegen in Volt messen.

Danach, und das war eigentlich der Ausgangspunkt für meine Berechnungen, hab ich das Spektrum von einem Rechtecksignal ausgemessen. Und da hat dann wieder nichts mehr gestimmt. Ich wollte einfach nur überprüfen was ich in der Schule gelernt habe.

Sollten noch weitere Infos benötigt werden, bitte sagen!!!!!!!!!!!!!
Kann mir da jemand weiter helfen????????????????

Danke für eure Antworten!

Viele Grüße
Michael
uetzelbruetzel
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Re: Spektrumanalyser Pegel ablesen in dB und Volt

Neuer Beitragvon anders am Freitag 17. Dezember 2010, 17:33

Die Pegelangaben sind in dBm also 775mV an 600 Ohm.
Nein!
An 600 Ohm (Fernsprechtechnik) sind 0dbm zwar 775mV, aber bei deinem 50-Ohm-System sind es nur 224mV.

Hab ich nun z.B -30dB mit dem Analyser gemessen so sollte mit dem Oszi eine Spannung von 0.024495V zu messen sein
Ebenfalls nein.
-30dB entspricht einem Tausendstel der Leistung und, da diese quadratisch von der Spannung abhängt, etwa 1/32-stel der obigen Spannung; genau sind es 7,0710678... mV.

Was ist da falsch gelaufen?
Wie gesagt: Du hast die Systemimpedanz ignoriert. 0 dbm entspricht 1mW am jeweiligen Abschlußwiderstand.

Ausserdem hast du nicht berücksichtigt, dass die sinusförmige Grundwelle ja nicht die gleiche Amplitude wie das Rechteck hat, sondern die 4/pi-fache (=etwa 1,27 )

Damit wird auch aus deinen -15,2dB ein brauchbarer Wert:
Das ist 1/33 mW oder 38,9mV effektiv an 50 Ohm.
Die Amplitude der Grundschwingung ist somit 55mV und die Amplitude des zugehörigen Rechtecks 43,2mV oder 86mVss.
Zuletzt geändert von anders am Freitag 17. Dezember 2010, 17:43, insgesamt 1-mal geändert.
anders
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Re: Spektrumanalyser Pegel ablesen in dB und Volt

Neuer Beitragvon uetzelbruetzel am Montag 20. Dezember 2010, 13:31

Hallo!
Danke für die Antwort!
Also: das mit den definitionen ist irgendwie verwirrend. Aber egal: ich hab meine Umrechnungstabelle in Excel umgeändert. Jetzt sind die 224mV meine Bezugsspannung! Mit dem Oszi das ich hier habe kann mann FFT-Messungen machen. Das Spektrum kann ich in Volt anzeigen lassen. Das Signal ist ein Rechtecksignal (nicht Ideal, es hat bei der steigenden Flanke einen 'Überschwinger' - das sollte aber keine Rolle spielen) mit 2,6V Amplitude. Die Grundwelle (24.6MHz) hat eine Spannung von 1,34V. Die erste Oberwelle (73.8MHz) hat eine Spannung von 0,549V und die zweite Oberwelle (123MHz) hat eine Spannung von 0,249V.
Excel rechnet für die Grundwelle einen Spitzenwert von 3.31V, für die erste Oberwelle 1,1V und für die zweite Oberwelle 0,66V.

Berechnung in Excel:
1 Oberwelle (Grundwelle):=$B$3*(SIN(BOGENMASS($E$3*$A6)))
3 Oberwelle =$B$3*1/3*(SIN(BOGENMASS(3*$E$3*$A6)))
5 Oberwelle =$B$3*1/5*(SIN(BOGENMASS(5*$E$3*$A6)))

$B$3 = (4*Amplitude)/pi
$E$3 = 2*pi*f (als Konstante eingegeben)
$A$6 = ist der Zeitpunkt (3 Perioden, die ich auch graphisch dargestellt hab)

In meiner Exceltabelle von letzter Woche war ein Fehler, den hab ich rausgenommen!

in Excel bekomm ich somit folgende Spannungen:
Grundwelle = 3,31 (Spitzenwert)
1. Oberwelle = 1,1V (Spitzenwert)
2. Oberwelle = 0,66V (Spitzenwert)

Mit dem Spektrumanalyser mess ich folgende Pegel:
Grundwelle -15,2dB
1. Oberwelle -19,6dB
2. Oberwelle -24dB

laut meiner neuen Tabelle:

Grundwelle 1,294V (Effektivwert)
1. Oberwelle 2,1V (Effektivwert)
2. Oberwelle 3,54V (Effektivwert)

Das sind nun drei verschiedene Messergebnisse!

Wo liegt der Fehler???
Am Vorzeichen sollte es nicht liegen. Die Pegel vom Spektrumanalyser sind negativ.
Das sind dann aber viel zu kleine Spannungen!!

Gruß
Michael
uetzelbruetzel
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Re: Spektrumanalyser Pegel ablesen in dB und Volt

Neuer Beitragvon anders am Montag 20. Dezember 2010, 15:24

Die Grundwelle (24.6MHz) hat eine Spannung von 1,34V. Die erste Oberwelle (73.8MHz) hat eine Spannung von 0,549V und die zweite Oberwelle (123MHz) hat eine Spannung von 0,249V.
Das mit dem Zählen üben wir nochmal ...
Die Amplitudenverhältnisse lassen auch zu wünschen übrig. Möglicherweise ist das das Resultat deines Meßaufbaus, den du ja geheim hältst.
Dieses:
Signal ist ein Rechtecksignal (nicht Ideal, es hat bei der steigenden Flanke einen 'Überschwinger' - das sollte aber keine Rolle spielen
deutet darauf hin, aber du glaubst ja, daß das alles keine Rolle spielt.

In meiner Exceltabelle von letzter Woche war ein Fehler,
Keine Ahnung, du hattest das ja nicht gepostet und überhaupt ist mir das, was du da mit der Tabellenkalkulation anstellst, suspekt.
anders
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