NT lab protocol
description
Transcript of NT lab protocol
Nachrichtentechnik Labor
Übung 1: Signalmesstechnik
Sommersemester 2012
Electronic Engineering
Kapfenberg
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Messungen mit dem Spektralanalysator
Der Spektralanalysator ist im Prinzip ein Überlagerungsempfänger. Er stellt die Leistung bei einer bestimmten Frequenz innerhalb einer einstellbaren Bandbreite (Resolution Bandwidth) dar.
Einstellung des Frequenzbereiches:
FREQUENCY > Start Frequency FREQUENCY > Stop Frequency
oder
FREQUENCY > Center Frequency SPAN
Einstellung der Amplitude:
AMPLITUDE > Reference Level: oberes Ende des Messbereiches (Bezugspegel)AMPLITUDE > Lin/Log Lineare oder logarithmische Darstellung
Einstellung der Auflösungs-Bandbreite (Resolution Bandwidth RB)
BW > IF Bandwidth
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 2
Mischer
Signal s(t)
Bandpaßfilter
Durchstimmbarer Oszillator
Leistungs-Detektor
Abstimmspannung
log / linVerstärker
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Messung 1: Spektralanalyse einer unmodulierten Trägerschwingung (Clean Carrier)
Messaufbau:
Der Signalgenerator liefert einen Sinusträger mit einstellbarer Frequenz und einstellbarem Signalpegel. Er kann intern und extern (z.B. mit einem Funktionsgenerator) amplituden- und frequenzmoduliert werden.
Aufgabe 1: Messen Sie Zeitfunktion und Spektrum eines unmodulierten Trägers
Trägerfrequenz 70 MHz, Pegel +10dBm.
Dokumentieren Sie die Zeitfunktion und das Spektrum.Notieren Sie die Einstellungen des Spektralanalysators:
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 3
Signalgenerator Oszilloskop
RF out RF in
Spektralanalysatorp
RF in
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Startfrequenz: 0HzStopfrequenz: 140MHzReference Level: 20dBmRes. Bandwidth: 3MHz
Zero-Response bei 0Hz ist Messtechnisch bedingt!
a) Wie groß ist der Informationsgehalt des Trägers?Da der Träger unmoduliert ist ist der Informationsgehalt 0.
b) Wie groß ist die Bandbreite des Trägers?Theoretisch 0, Praktisch gibt es eine Bandbreite durch das Phasenrauschen des Oszillators.
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 4
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
c) Wie groß ist seine Leistung in Watt ?P[dBm] = 10*log(Pe/1mW) => Pe = 10^(P[dBm]/10)*1mW
7.5mW (8.75dBm) gemessen
d) Wie groß ist der Effektivwert der Spannung des Trägers ?605mV gemessen
U = sqrt(P*R)=612mV
Reduzieren Sie die Res. Bandwidth auf ein Zehntel und wiederholen Sie die Messung. Welcher Unterschied zeigt sich im Spektrum und in der Sweep-Time? Dokumentieren Sie die Spektren.Siehe b)!
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 5
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 6
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Aufgabe 2: Anpassung der Messgeräte an den Signalgenerator
Führen Sie einen Frequenzsweep von 1-200MHz durch und testen Sie verschiedene vorgegebene Kabeltopologien.
Offenes Kabel, T-Stück am SA:
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 7
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Angeschlossenes Oszilloskop, T-Stück am SA:
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 8
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Angeschlossenes Oszilloskop, T-Stück am Oszilloskop:
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 9
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Messung 2: Ermittlung der Dämpfungswerte von Abschwächern
Messen Sie die Dämpfung von 3 Dämpfungsgliedern (Abschwächer, Attenuator).
Tragen Sie die Messwerte in ein Excel-Spreadsheet ein und berechnen Sie die Pegel in dBm und Watt sowie die Effektivwerte der Spannungen an den Punkten 1 – 4 . Zeichnen Sie ein Diagramm der Leistungspegel (EXCEL Tabelle und Diagramm).
Punkt
Dämpfung
Pegel / dBm
Pegel / W
Ueffektiv / mV
1 0dB 9,36 8,6298 20,772 1dB 8,43 6,9663 18,66
31dB + 15dB -6,67 0,2153 3,28
416dB + 25dB -31,8 0,0007 0,18
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 10
3x Abschwächer
1 2 3 4Signalgenerator
RF out
Spektralanalysatorp
RF in
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Messung 3: Verstärkungsfaktor und Linearität
Messen Sie die Verstärkungskennlinie eines Verstärkermoduls. (Ausgangsleistung in Abhängigkeit von Eingangsleistung) bei einer gegebenen Frequenz.
Tragen Sie die Messwerte in ein Excel-Spreadsheet ein und ermitteln Sie den
1-dB Compression Point 3rd Order Intercept Point
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 11
Verstärkermodul
Signalgenerator
RF out
Spektralanalysatorp
RF in
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Messung 4: Ermittlung des Frequenzganges
Der Spektralanalysator beinhaltet einen Tracking-Generator. Dieser stellt eine Sinusschwingung mit der am Display augenblicklich angezeigten Frequenz zur Verfügung.
Aufgabe 1: Messen Sie für vorgegebene Filter den Dämpfungsverlauf, die 3-dB Bandbreiten (bei Bandpaßfiltern auch die Mittenfrequenz) und die Einfügungsdämpfung (bei Bandpaßfiltern in Bandmitte). Plotten Sie die Messergebnisse für einen sinnvollen Frequenzbereich.
Verstärker: (Generator: -20dBm + 25dB Dämpfungsglied)
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 12
Spektralanalysator
RF inTracking Generator.
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 13
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Nur Kabel:
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 14
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Aufgabe 2: Messen Sie den Betrag des Frequenzganges eines vorgegebenen Verstärkermoduls und bestimmen Sie die 3-dB Grenzfrequenzen.
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 15
Spektralanalysator
RF inTracking Generator.
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
SHP-100: (Hochpass)
Fco 82Mhz (gemessen: 77.57Mhz)
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 16
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
SLP-100: (Tiefpass)
Fco 108MHz (gemessen : 115.79Mhz)
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 17
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
SIF-70 (Bandpass):
IF-70 laut Datenblatt: passband
Stop band (loss <1dB) 58-82MHz
Stop band (loss > 10dB) 16 & 280MHz
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 18
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Self-made (Tiefpass):
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 19
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
K&L FL888 (Bandpass):
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 20
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 21
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Messung 5: Dämpfung einer Funkstrecke
Ermitteln Sie die Freiraumdämpfung für eine vorgegebene Funkstrecke mit 868 MHz.
Gegeben sind 2 Groundplane-Antennen (λ/4-Strahler), die für die ISM-Bandfrequenz 868MHz abgestimmt sind.
Aufgaben:
1. Verwenden Sie das EXCEL-Spreadsheet für das Link-Budget. Vergleichen Sie die Messwerte mit den Berechnungen.
Gemessene WerteSendeleistung: 0dBmKabeldämpfung: -4,67dBm (bei 0dBm Input) zwischen Empfänger und SignalAnalyzer
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 22
Freiraumdämpfung ?Signalgenerator
RF out
Spektralanalysatorp
RF in
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Kabeldämpfung: -1,95dBm (bei 0dBm Input) zwischen Sender und SignalGenerator
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 23
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Gesamte Dämpfung: -46,25dBm
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 24
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
2. Berechnen Sie die Feldstärken des E- und H-Feldes bei der Empfangsantenne aus dem Link-Budget und aus der Messung mit dem Spektralanalysator.
Feldwellenwiderstand = 377Ohm; FlächeKugelstrahler = Lambda^2/(pi/4)
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 25
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Messung 6: Frequenzgang einer Funkstrecke
Ermitteln und dokumentieren Sie die Freiraumdämpfung für eine vorgegebene Funkstrecke im Bereich 100MHz-3GHz. Kommentieren Sie das Ergebnis.
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 26
Spektralanalysator
RF inTracking Generator.
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 27
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Messung 7: Link Budget und C/N0
Messen Sie das normierte Signal/Rauschverhältnis für die vorgegebene Funkstrecke bei 868MHz mit Empfangsverstärker. Vergleichen Sie die Messwerte mit dem EXCEL-Spreadsheet.
Berechnen Sie aus der Messung die Rauschzahl des Empfangsverstärkers.
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 28
Freiraumdämpfung ?
Signalgenerator
RF out
Spektralanalysatorp
RF in
Verstärkermodul
Nachrichtentechnik Laborübung 1 – Signalmesstechnik
Sendeleistung: 1µW / -30dBm
Empfangsleistung: -44,92dBm bei RBW 2kHz
Noiseleistung: -95,21dBm bei RBW 2kHz
SNR = 50,29dBm bei RBW 2kHz (=33dBHz)C/N0 = 50,29dBm+33dBHz = 83,29dBHz@1HzSNR für 100kHz = C/N0-50dBHz=33,3dB entspricht 2,138k
C = B*ld(1+SNR) = 100kHz*ld(1+2,138k) =1,106Mbit/s
S2012 Elektronik & Technologiemanagement Seite 29