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Vektor Signal Analyzer und EMI-Vorabkonformitätsprüfung: Ausgabe 03/2020, 20.02.2020

Fit für Messtechnik beyond 5G

Letztes Jahr setzte Rigol Technologies mit ihren Echtzeit-Spektrumanalysatoren der Serie RSA5000 einen Meilenstein. Jetzt wurde das Gerät mit dem Vektor-Signal-Analyzer-Modus und dem EMI- Vorabkonformitäts-Prüfungsmodus erweitert. Diese Serie kombiniert somit vier unterschiedliche Gerätetypen/Modi in einem Gerät und ist so vielseitig für unterschiedliche Messlösungen einsetzbar.

Autor: Boris Adlung, Application Ing. bei Rigol Technologies EU GmbH, Text und Bilder

Durch den Bedarf an immer höheren Daten- raten ist die Messung gerade im oft genutzten ISM-Frequenzbereich sehr anspruchsvoll. Eine Messung nur mit einem Spektrumanalysator ist hierbei alleine nicht mehr ausreichend, da sich die Signale sehr schnell ändern können und sich eine grössere Bandbreite in einer kürzeren Zeitspanne belegen lässt. Ein sweep-basierender Spektrumanalysator kann verwendet werden, um zum Beispiel die HFCharakteristik von Signalen über den Frequenzbereich mit einer sehr hohen Genauigkeit zu vermessen.
Hierbei bietet Rigols fortschrittliche RSASerie eine erweiterte Messfunktion AMK (advanced measurement kit) an, um beispielsweise den Einfluss des Hauptsignals auf die Nachbarkanäle mit der ACP (adjacent channel power) oder die belegte Bandbreite (occupied bandwidth) zu vermessen.

Nahtlose Erfassung des Zeitsignals
Auch lassen sich Einzelkomponenten eines Senders (Verkabelung, Stecker, Antenne, Verstärker, Mixer usw.) optimal und mit sehr hoher Qualität vermessen. Sobald analysiert werden soll, was der Empfänger eines Systems alles sieht, reicht ein sweep-basierender Analyzer nicht mehr aus. Abhilfe bietet der Echtzeit-Spektrumanalysator. Durch die nahtlose Erfassung des Zeitsignals und der sehr schnellen FFT-Umrechnung in den Frequenzbereich lassen sich alle Signale erkennen, die auch ein Empfänger erfasst. Eine mögliche Doppelbelegung von einem Band in der begrenzten ISM-Frequenzband-Ressource lässt sich zum Beispiel bei der Netzeinrichtung (einer Büroplanung, Produktionslinie) somit erkennen und vermeiden, um eine störungsfreie Koexistenz mehrerer unterschiedlicher Funksysteme zu gewährleisten. Durch die unterschiedlichen Darstellungsarten ist der Echtzeitmodus eine deutliche Bereicherung. So lässt sich der Frequenzbereich etwa in Kombination mit dem Zeitbereich (mit maximaler Bandbreite bis zu 40 MHz) und einer Wasserfalldarstellung auf einem Display kombinieren. Verglichen mit der sweep-basierenden Variante lässt sich entweder der Frequenzbereich oder mit «Zero-Span» der Zeitbereich (maximale Bandbreite: eingestellte RBW (max. 10 MHz)) darstellen.
Aber nicht beides zusammen. Im Echtzeitmodus lassen sich ausserdem noch zusätzliche Markerfunktionen nicht nur im Frequenzbereich und für die Amplitude nutzen, sondern auch zusätzlich für den Zeitbereich in der Wasserfalldarstellung. Somit lassen sich bei einem Bluetooth-Datenblock, neben dem Frequenzabstand und den Amplitudenunterschied, auch die Datenblocklänge vermessen.

Nun lassen auch digital modulierte Signale demodulieren
Zusätzlich bietet die Echtzeitfunktion erweiterte Werkzeuge wie den Frequenzmaskentrigger (FMT) oder den Leistungstrigger an. Mit dem FMT lässt sich eine Maske auf dem Display erstellen. Das Gerät kann zum Beispiel so eingestellt werden, dass es nur misst, wenn entsprechende Signalkomponenten in der Maske enthalten sind. Somit lassen sich auch sporadische Signale erfassen. In der Wasserfalldarstellung kann man bis zu 8192 Zeilen aufnehmen und nachträglich analysieren. Somit liesse sich zum Beispiel eine Langzeitmessung mit einem FMT-Trigger realisieren, bei der sich im Nachhinein die Charakteristik von sporadischen Signalen analysieren lässt.
Durch die neue, zusätzliche VSA-Methode (Vektor Signal Analyse), lassen sich mit der RSA5000-Serie jetzt auch digital modulierte Signale demodulieren. Hierbei wird mit den bekannten Parametern (Modulationstyp, Symbolrate, Filter von RX und TX, roll-off-Faktor) ein Referenzsignal im Gerät erzeugt. Dieses Referenzsignal bildet den Empfang eines optimalen Signals ab und mit diesem Signal wird das tatsächlich gemessene Signal verglichen. Durch den Vergleich ist es möglich, unterschiedliche Qualitätsmerkmale der Modulation (z.B. EVM, Error Vector Magnitude), Amplituden- oder Phasenfehler sowie Trägerfrequenzabweichung und IQ-Imbalance) zu vermessen. Durch die erfassten Inphase- und Quadratur-Werte (I und Q) lassen sich u.a. ein Konstellationsdiagramm der gewünschten Modulationsform (z.B. 64 QAM, 2FSK usw.) darstellen. Zusätzlich lässt sich der dekodierte Codestrom abbilden.

Deutlich bessere EMV-Vorabkonformitätsprüfung
Das Gerät kann ausserdem dazu genutzt werden, um einen Bitfehlertest über einen längeren Zeitraum durchzuführen. Hierfür lassen sich die zu erwarteten Daten in das Gerät eingeben (xml-Datei). Auch für die Zeitbereichsanalyse von der I- oder Q-Komponente lassen sich nicht nur die Fehlerabweichung, die Phase oder Amplitude der einzelnen Symbole darstellen, sondern auch das jeweilige Augendiagram, um die Übertragungsqualität der Datenbits zu beurteilen oder die Qualität bei der niedrigsten Sendeleistung zu ermitteln. Auch im VSA-Modus lässt sich der FMT- oder Leistungstrigger nutzen, um das gewünschte Signal besser triggern zu können. Ausserdem lässt sich eine Burstsuchfunktion einsetzen.
Mit der neuen EMI-Option (built-in) ist eine deutlich bessere EMV-Vorabkonformitätsprüfung mit der RSA5000/RSA3000-Serie möglich. Mit dieser Lösung ist kein externer PC mehr notwendig. Die Lösung bietet eine volllogarithmische Darstellung an. Die Limitbereiche können für unterschiedliche Traces (z.B. einen für Average-Detektor, einen für QP-Detektor) erstellt werden. Um Verbesserungsmassnahmen umgehend vermessen zu können, sind bis zu drei Messmeter für eine «Live-Messung» darstellbar. Jedem Messmeter kann ein unterschiedlicher Detektor und ein Limit zugewiesen werden. Mittels Frequenzänderung des Metercursors lassen sich diese auf die gewünschte Frequenz setzen. Neben den AV-/ Peak-Detektor kann man auch den Quasipeak- und CISPR-Average-Detektor nutzen.

Einzelkomponenten eines Sende-/Empfangssystems vermessen
Die 6 dB Bandbreiten liegen bei 200 Hz, 9 und 120 kHz sowie 1 MHz. Die Funktion bietet in der Scantabelle die Standardbandbreiten, die für die meisten Tests in Betracht kommen, vorab an. Jede Bandeinstellung nutzt die notwendige Anzahl der Testpunkte, um die herkömmliche Frequenzauflösung von RBW/2 zu erfüllen. Zudem lassen sich unterschiedliche Bandbreiten in der Scantabelle kombinieren und/oder abändern. Somit kann auch der Dynamikbereich über einen Testbereich beeinflusst werden, in dem zum Beispiel für einen Bereich der integrierte Vorverstärker zugeschaltet wird und für den nächstfolgenden nicht. Nach dem Test lassen sich eine Signaltabelle mit allen Signalkomponenten und der jeweilige Abstand zum Limit darstellen.
Bei den Limits lässt sich auch ein gewünschter Sicherheitsabstand (margin) hinzuschalten, der bei der Messung berücksichtigt werden kann. Falls externe Komponenten (Dämpfungsglied, Verstärker, LISN, HF-Verkabelung …) benutzt werden, lassen sich Korrekturwerte in das Gerät integrieren (auch über *.csv einlesbar). Am Ende des Tests lässt sich mit dem Gerät ein Testbericht als *.pdfDatei erstellen bei dem die Konfiguration, die Testkurve sowie die Signaltabelle abgebildet werden. Zusätzliche Parameter lassen sich hierbei integrieren (z.B. Testbereich, Temperatur, Tester …). Mit diesem Testtool lassen sich jetzt Störungen während dem Design und vor der EMV-Abnahme im Labor die jeweiligen Messobjekte optimal vermessen, um sicherzugehen, dass die Konformitätsprüfung auch beim ersten Mal bestanden wird.

Einsatz im IoT- oder Sender/Empfänger-Design
Wie beschrieben, lassen sich etwa mit dem sweep-basierenden Spektrum Analyzer Einzelkomponenten eines Sende-/Empfangssystems vermessen. Mit dem Echtzeitmodus der genutzte Frequenzbereich genauer analysieren sowie unerwünschte Signale erfassen und mit dem VSA-Tool eine digitale Demodulation durchführen. Dies, um die Qualität der Datenübertragung, sowie des Senders zu überprüfen und Rückschlüsse auf Fehlverhalten der Unterkomponenten des Senders zu ermitteln. Mit der EMI-Option lassen sich die Robustheit der Sender/Empfänger sowie deren dazugehörigen Komponenten vermessen, um ein optimales EMV-gerechtes Design zu erreichen.
Rigol Technologies erreicht mit den Serien RSA5000 und RSA3000 sowie deren erweiterten Funktionen ein neues Niveau mit optimalem Preis-Leistungs-Verhältnis. Die Geräte lassen sich optimal im Bereich Entwicklung und Forschung, speziell für das IoT- oder Sender/Empfänger-Design einsetzen. Ausserdem eignet sich das Gerät gerade mit den LAN-, USB- und HDMI-Anschlüssen optimal zu Lehrzwecken.

Infoservice
Rigol Technologies Europe GmbH
Lindberghstrasse 4, DE-82178 Puchheim
Tel. 0049 89 894 189 50, Fax 0049 89 894 189 510
info-europe@rigol.com, www.rigol.eu

 



Bereits erworbene Geräte der Serie RSA5000 lassen sich bei Bedarf mit einem Firmware Upgrade und der neuen Option erweitern


Darstellung einer ACP-Messung im GPSA-Modus (General-Purpose Spectrum Analyzer)


Grafik einer Echtzeitmessung im ISM-Band 2,4 GHz – Dichtedarstellung in Kombination mit Wasserfalldarstellung


Digitale Demodulation eines QPSK-modulierten Signals mit kleineren Störungen


Visualisierung einer EMV-Messung mit dem EMI-Modus