Filter-Durchlasskurve mit Hilfe einer Rauschquelle ermitteln

Das Messkonzept, dass ich in diesem Artikel vorstellen werde, ist super simpel: Die breitbandige Rauschquelle wird mit dem Eingang des Filters verbunden, am Ausgang wird dann das Spektrum beobachtet. Dazu kann man am Ausgang selbstverständlich einen Spektrumanalysator verwenden, ein Oszilloskop samt FFT oder ein günstiger RTL-SDR sind hierfür ebenso geeignet. Solange die Rauschquelle über den beabsichtigten Frequenzbereich einen möglichst gleichbleibenden Rauschpegel hat, ist diese Methode schnell und effizient. Als Rauschquelle komme bei relativ niedrigen Frequenzen DDS-Signalgeneratoren in Frage. Wer also einen günstigen Funktionsgenerator und ein FFT-fähiges Oszilloskop in seinem Hobbylabor hat, hat bereits alles was er braucht.

Für meine Versuche habe ich einen älteren Rigol DG1022 Funktionsgenerator mit eingebautem Rauschgenerator und ein Teledyne LeCroy HDO4024 verwendet. Zunächst wurde der Funktionsgenerator direkt mit dem Oszilloskop verbunden und das Spektrum des Rauschsignals beobachtet. Das folgende Bild das Spektrum im Bereich von 1 MHz bis 80 MHz:

Ausgangsspektrum der Rigol DG1022 Rauschfunktion

Die Rauschdichte ist bis ca. 10 MHz linear genug für Messungen. Wer mehr Bandbreite benötigt, kann sich sehr leicht eine eigene Rauschquelle aus einer Zenerdiode und ein paar Transistoren zusammenbauen. Wer deutlich höhere Frequenzen benötigt, kann auf spezielle Rauschdioden oder fertige Rauschquellen zurückgreifen.

Als ersten Versuch habe ich einen Bandpass-Filter für das 40m Amateurfunkband mit dieser Methode vermessen. Hierbei muss man aufpassen, dass man die Systemimpedanz des Filters bei der Messung berücksichtigt. Mein Filter wurde für 50 Ohm entwickelt. Daher sollte die Rauschquelle und das Oszilloskop ebenso auf 50 Ohm Ausgangsimpedanz gesetzt werden. Günstigere Oszilloskope haben diese Option meist nicht. Hier verwendet man dann einen 50 Ohm Terminierungswiderstand am Oszilloskopeingang. Um ein klareres Bild der Durchlasskurze zu erhalten, sollte die FFT Darstellung auf „Max hold“ gesetzt werden. Nach etwas Geduld sieht das FFT-Spektrogramm dann in Etwa so aus:

Durchlasskurve eines 40m-Bandpassfilters

Die Durchlasskurve ist noch ziemlich verrauscht und nicht gerade klar zu erkennen. Es reicht aber auf jeden Fall zum Abschätzen der Durchlasskurve aus. Mit etwas Geduld wird das FFT-Spektrogramm auch deutlich genauer. Im nächsten Bild ist die Durchlasskurve eines 10,7 MHz ZF-Filters nach einer kurzen Beobachtungszeit gezeigt:

Durchlasskurve eines 10,7 MHz Keramikfilters, ermittelt mit Rauschquelle und Oszilloskop

Nach längerer Betrachtungszeit wird die Durchlasskurve deutlich klarer:

Durchlasskurve eines 10,7 MHz Keramikfilters, ermittelt mit Rauschquelle und Oszilloskop nach längerer Beobachtungszeit

Mit einer besseren Rauschquelle und vorsichtiger Wahl der FFT Parameter, ist diese Methode schnell und einfach in jedem Hobbylabor umsetzbar.