24.08.17 13:08
HB9  WGF-Premiumnutzer
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Re: UKW-Spektrum mit Digi-Oszi
Hallo Martin,
die Empfindlichkeit ist bei der FFT-Darstellung eigentlich nie ein Problem, denn die FFT ist eine Filterfunktion, welche das Rauschen entsprechend der tatsächlichen Frequenzauflösung reduziert, während man im Zeitbereich das totale Rauschen der gesamten Bandbreite des Oszis sieht. Da die Rauschleistung proportional zur Bandbreite ist, bedeutet eine Reduzierung der Bandbreite auf 1/10 eine Rauschreduktion um 10dB. Hat man z.B. in der FFT eine Frequenz-Schrittweite von 15kHz, wird die Bandbreite in diesem Fall von 150kHz auf 15kHz reduziert, was ein Faktor 10000 oder 40dB ist. In Spannung ausgedrückt heisst das, dass das Rauschband vom Zeitbereich (beim Hameg etwa 100uV) in der FFT 40dB oder ein Faktor 100 reduziert wird, also die Empfindlichkeit auf 1uV erhöht wird. Bei konstanten Verhältnissen kann man auch mehrere FFTs mitteln, das reduziert das Rauschen nochmals beträchtlich, aber die Messung dauert entsprechend länger.
Allfällige Messprobleme liegen bei der FFT selber. Da gibt es das grundsätzliche Problem 'Alles oder Nichts', was bedeutet, dass die FFT immer bei 0Hz beginnt und daher bei konstanter Frequenzauflösung umso mehr Frequenzpunkte enthält, je höher die Endfrequenz im Spekrum ist. Da diese Punkte aus der doppelten Menge Samples vom Zeitbereich berechnet werden müssen, sind da wegen dem Rechenaufwand Grenzen gesetzt, zudem muss der Speicher ausreichend gross sein. Somit ist eine feine Frequenzauflösung bei hohen Frequenzen den Profigeräten vorbehalten.
Ein weiteres potentielles Problem ist Aliasing. Will man z.B. das Spektrum eines Langwellensenders fein auflösen, ist das wegen der tiefen Frequenz eigentlich kein Problem, aber wenn man eine Antenne ohne Filter anschliesst, kommen auch Mittel- und Kurzwellensender rein, welche dann das Samplingtheorem bei der FFT verletzen und so Aliasing erzeugen, was sich in zusätzlichen Frequenzkomponenten äussert, die in Wirklichkeit gar nicht existieren. Diese erkennt man meistens daran, dass sie die Frequenz ändern, wenn man die Anzahl Punkte der FFT ändert. Da jedes vernünftige Oszi die FFT nur bis zur halben tatsächlichen Samplingfrequenz darstellt, sieht man auch sofort, ab welcher Eingangsfrequenz Aliasing entsteht.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die FFT nur dann korrekt ist, wenn sie über eine exakt ganze Anzahl Perioden des Signals gebildet wird. Da dies normalerweise nicht möglich ist, wird das Signal im Zeitbereich mit einer 'Fensterfunktion' am Anfang und Ende so abgeschwächt, dass eine möglichst 'gute' FFT herauskommt. Da die Kriterien für 'gut' nicht immer dieselben sind, hat man meistens ein paar verschiedene Funktionen zur Wahl, die häufigsten sind 'Hamming', 'Hanning', 'Blackman' und 'Rechteck', also gar kein Filter.
Daneben gibt es natürlich die üblichen analogen Problemchen mit Verzerrungen und Intermodulation wie bei den 'klassischen' Spektrum-Analysatoren oder Empfängern.
Im Alltag ist die FFT-Funktion aber ganz praktisch und für sehr viele Fälle völlig ausreichend, wenn man weiss, auf was es ankommt. Wenn man mal auf den Geschmack gekommen ist, will man sie nicht mehr missen, denn für Verzerrungen, Intermodulation, Nebengeräusche und Rauschabstand ist die FFT viel aussagekräftiger als der Zeitbereich. Diese Funktion ist einer der grössten Vorteile gegenüber analogen Oszis, da sie fast immer ein zusätzliches Messgerät einspart. Die Grenzen liegen vor allem bei schmalbandigen Messungen bei hohen Frequenzen, da braucht es einen 'richtigen' Spektrum-Analyser.
Gruss HB9
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