DE102004043065B4

DE102004043065B4 - Dualoszillatorsignalsynthesizer mit Hochfrequenzversatzstufe

Info

Publication number: DE102004043065B4
Application number: DE102004043065A
Authority: DE
Inventors: Wing J. Hansom Court Mar
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: US6992531B2; DE102004043065A1; US20050073367A1; GB2407720A; GB2407720B; GB0421103D0

Abstract

Signalsynthesizer (20), der folgende Merkmale aufweist:
einen Dualoszillatorsynthesizer (10), der einen ersten Oszillator (YTO1) in einer Hauptschleife (2) aufweist, die ein Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, einen zweiten Oszillator (YTO2) in einer Versatzschleife (3) aufweist, die ein Versatzsignal (S_OS2) zu der Hauptschleife (2) und zu einem Rückkopplungsweg der Versatzschleife (3) liefert, und einen harmonischen Mischer (6) aufweist, der ein erstes Signal an einem ersten Eingang empfängt; und
eine Versatzstufe in dem Rückkopplungsweg der Versatzschleife (3), die das Versatzsignal (S_OS2) empfängt, die Frequenz des Versatzsignals (S_OS2) zu einer niedrigeren Frequenz verschiebt und das frequenzverschobene Versatzsignal (S_IF) zu einem zweiten Eingang des harmonischen Mischers (6) liefert, wobei der harmonische Mischer (6) ein harmonisches Vielfaches (H2) des ersten Signals mit dem frequenzverschobenen Versatzsignal (S_IF) mischt, um ein Mischprodukt zu liefern, das mit einem Referenzoszillator (11) phasenverriegelt ist.

Description

Signalsynthesizer werden oft als Lokaloszillatoren bei den Frequenzumwandlungsstufen von Hochfrequenzspektrumanalysatoren verwendet. Die Frequenzumwandlungsstufen übersetzen die Frequenzen von angelegten Eingangssignalen, so dass die Spektralcharakteristika der Eingangssignale analysiert und durch den Spektrumanalysator an einer Anzeige oder einer anderen Ausgabevorrichtung dargestellt werden können. Wie es in 1 gezeigt ist, wird ein Eingangssignal S_IN, das an eine erste Frequenzumwandlungsstufe FCS1 angelegt ist, zu einem ersten Zwischenfrequenzsignal umgewandelt durch ein Mischen des Eingangssignals S_IN mit einem Signal, das durch den ersten Lokaloszillator LO1 in der ersten Frequenzumwandlungsstufe geliefert wird. Das erste Zwischenfrequenzsignal IF1 wird durch Frequenzumwandlungsstufen FCS2 bzw. FCS3 zu Zwischenfrequenzsignalen IF2, IF3 umgewandelt, die fortlaufend niedrigere Frequenzen aufweisen.
Damit der Spektrumanalysator das Eingangssignal SIN genau darstellt, sollte das Phasenrauschen der Lokaloszillatoren LO1–LO3 nicht wesentlich zu dem Phasenrauschen des sich ergebenden frequenzübersetzten Eingangssignals mit den Zwischenfrequenzen beitragen. Folglich besteht ein Anreiz, das Phasenrauschen zu minimieren, das durch die Signalsynthesizer beigetragen wird, die als Lokaloszillatoren bei dem Spektrumanalysator verwendet werden.
Aus William F. Egan: „Frequency Synthesis by Phase Lock", New York, John Wiley & Sons, 1981, Seiten 168 bis 171, ist ein Einschleifen-Synthesizer bekannt, dessen Rückkopplungssignal einer doppelten Abwärtsmischung unterzogen wird, um die Ausgangsfrequenz auf eine solche zu reduzieren, die durch die Logik gehandhabt werden kann.
Aus der US 6,373,344 B1 ist ein Doppel-Schleifen-Synthesizer bekannt, der nachfolgend Bezug nehmend auf 2 näher erläutert wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Signalsynthesizer und ein Signalsyntheseverfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Signalsynthesizer gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.
Ein Signalsynthesizer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Versatzstufe, die eine Versatzquelle und ein Frequenzübersetzungselement in dem Rückkopplungsweg eines Dualoszillatorversatzschleifensynthesizers aufweist. Der Signalsynthesizer erreicht über eine Rauschaufhebung ein geringes Phasenrauschen, wenn ein Ausgangssignal von einer Hauptschleife des Signalsynthesizers den ersten Lokaloszillator eines Spektrumanalysators liefert, und wenn der zweite Lokaloszillator des Spektrumanalysators die Versatzquelle für den Signalsynthesizer liefert. Ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Signalsyntheseverfahren.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Spektrumanalysators;
2 einen Dualoszillatorsynthesizer;
3 einen Signalsynthesizer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, einschließlich einer Versatzstufe in einem Rückkopplungsweg einer Versatzschleife des Signalsynthesizers;
4 den Signalsynthesizer von 3, der in dem herkömmlichen Spektrumanalysator von 1 enthalten ist; und
5 ein Signalsyntheseverfahren gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein Signalsynthesizer 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. Der Frequenzsynthesizer 20 basiert auf einem Dualoszillatorsynthesizer 10, wie derselbe in dem U.S.-Patent Nr. 6,373,344 offenbart ist, das hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Der Signalsynthesizer 20 wird mit Hinblick auf die Betriebscharakteristika des Dualoszillatorsynthesizers 10 präsentiert, die zunächst erörtert werden.
Der Dualoszillatorsynthesizer 10, der in 2 gezeigt ist, verwendet einen YIG-abgestimmten Dualoszillator DYTO. Ein erster abstimmbarer Oszillator YTO1 in einer Hauptschleife 2 liefert ein Ausgangssignal S_OUT1. Ein zweiter abstimmbarer Oszillator YTO2 in einer Versatzschleife 3 liefert ein Versatzsignal S_OS1 an einen Rückkopplungsweg der Versatzschleife 3 und an die Hauptschleife 2. Die Versatzschleife 3 beseitigt eine Frequenzteilung in dem Rückkopplungsweg der Hauptschleife 2, was ein Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT1 verringert.
Eine Niederfrequenzversatzstufe 4 wird verwendet, um das Versatzsignal S_OS1 zu erzeugen. Die Niederfrequenzversatzstufe 4 umfasst einen harmonischen Mischer 6 oder eine harmonische Abtastvorrichtung, um das Versatzsignal S_OS1 mit einer Harmonischen eines Niederfrequenzversatzsignals S1 zu mischen, das durch eine Niederfrequenzversatzquelle 8 geliefert wird. Wenn dasselbe gefiltert wurde, wird ein sich ergebendes Mischprodukt 5 von dem harmonischen Mischer 6 durch einen Phasendetektor 12 empfangen und mit einem Referenzsignal S_OSC phasenverriegelt, das durch einen Referenzoszillator 11 geliefert wird. Obwohl die Niederfrequenzversatzquelle 8 und der Referenzoszillator 11 als getrennte Elemente in der Versatzschleife 3 gezeigt sind, wird das Referenzsignal S_OSC alternativ dazu durch ein Frequenzteilen des Niederfrequenzversatzsignals S1 erzeugt, das durch die Niederfrequenzversatzquelle 8 geliefert wird.
Die Harmonische des Niederfrequenzversatzsignals S1 weist eine Frequenz H1*f1 auf, wobei H1 das harmonische Vielfache des Niederfrequenzversatzsignals S1 ist und wobei f1 die Frequenz des Niederfrequenzversatzsignals S1 ist. Das Mischen, das durch den harmonischen Mischer 6 geliefert wird, hat zur Folge, dass die Frequenz f_OS1 des Versatzsignals S_OS1 mit der Frequenz f1 des Niederfrequenzversatzsignals S1 und der Frequenz f_OSC des Referenzsignals S_OSC durch eine Gleichung 1 in Beziehung steht. fOS1 = H1·f1 ± fOSC (1)
Das sich ergebende Versatzsignal S_OS1 wird mit dem Ausgangssignal S_OUT1 in der Hauptschleife 2 gemischt, um das Ausgangssignal S_OUT1 zu erzeugen. Wenn dasselbe gefiltert wurde, wird ein sich ergebendes Mischprodukt 7 mit einem abstimmbaren Interpolationssignal S_INT, das eine Frequenz ^fINT aufweist, phasenverriegelt. Dies liefert das Ausgangssignal S_OUT1 mit einer Frequenz f_OUT1, das in Gleichung 2 angezeigt ist. fOUT1 = fOS1 ± fINT = H1·f1 ± fOSC ± fINT (2)
Da das Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT1 auch durch Gleichung 2 bestimmt ist, ist das Phasenrauschen des Ausgangssignals S₁ das harmonische Vielfache H1 mal dem Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1 plus dem Phasenrauschen des Referenzsignals S_OSC und dem Phasenrauschen des Interpolationssignals S_INT. Während die Rauschverstärkung der Hauptschleife 2 bezüglich des Interpolationssignals S_INT und des Referenzsignals S_OSC Eins ist, ist die Rauschverstärkung bezüglich des Niederfrequenzversatzsignals S1 das harmonische Vielfache H1. Somit wird der Phasenrauschbeitrag des Niederfrequenzversatzsignals S1 zu dem Ausgangssignal S_OUT1 entsprechend durch diese Rauschverstärkung des harmonischen Vielfachen H1 erhöht. Das Niederfrequenzversatzsignal S1 ist jedoch ein festes Niederfrequenzsignal und kann optimiert werden, um ein geringes Phasenrauschen aufzuweisen. Zum Beispiel ist eine typische Niederfrequenzversatzquelle 8 ein 100 MHz Kristalloszillator mit geringem Rauschen, der in der Lage ist, ein Niederfre quenzversatzsignal S1 mit weniger als –170 dBc/Hz Phasenrauschen zu liefern. Obwohl das Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1 mit dem harmonischen Vielfachen H1 multipliziert wird, kann folglich ein geringes Phasenrauschen für das Ausgangssignal S_OUT1 erreicht werden.
Als ein Beispiel kann, wenn die Frequenz f_OUT1 des Ausgangssignals S_OUT1 von 4 bis 7 GHz abstimmbar ist, und wenn das Niederfrequenzversatzsignal S1 eine Frequenz f1 = 100 MHz aufweist, ein Phasenverriegeln der Versatzschleife 3 erreicht werden, wenn der Wert des harmonischen Vielfachen H1 zwischen 40 und 70 liegt. Dies hat zur Folge, dass das Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1 um zwischen 20 log(40) = 32dB und 20 log(70) = 37dB erhöht wird. Wenn das Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1 –170 dBc/Hz beträgt, beträgt das Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1 multipliziert mit dem harmonischen Vielfachen H1 zwischen –138 dBc/Hz und –133 dBc/Hz. Wenn der Referenzoszillator 11 ein Referenzsignal S_OSC mit einer Frequenz f_OSC = 25 MHz liefert, wird das Versatzsignal S_OS1 mit einer Frequenzschrittgröße von 50 MHz geliefert. Ein Liefern des Interpolationssignals S_INT mit einem Abstimmbereich von 25 MHz deckt Lücken zwischen den Frequenzschritten des Versatzsignals S_OS1 ab, was wiederum dem Ausgangssignal S_OUT1 eine durchgehende Frequenzabdeckung über den Bereich von 4–7 GHz liefert. Wenn dasselbe von einem Frequenzteilen des 100 MHz-Niederfrequenzversatzsignals S1 durch Vier abgeleitet ist, weist das Referenzsignal S_OSC ein theoretisches Phasenrauschen auf, das 20 log(4) = 12dB unter dem des 100 MHz-Signals liegt. Dieses Phasenrauschen ist jedoch normalerweise durch das Grundrauschen des Frequenzteilers begrenzt, der beim Ableiten des Referenzsignals S_OSC eingesetzt wird, das normalerweise viel niedriger ist als das des Niederfrequenzversatzsignals S1 multipliziert mit dem harmonischen Vielfachen H1.
Bei diesem Beispiel sind die beiden vorherrschend zu dem Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT1 Beitragenden das Interpolationssignal S_INT, und das Niederfrequenzversatzsignal S1 multipliziert mit dem harmonischen Vielfachen H1. Wenn das Interpolationssignal S_INT ein Phasenrauschen von –140 dBc/Hz aufweist, und das Niederfrequenzversatzsignal S1 multipliziert mit dem harmonischen Vielfachen H1 ein Phasenrauschen von –138 dBc/Hz bis –133 dBc/Hz aufweist, liegt das sich ergebende Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT1 zwischen –135,9 dBc/Hz und –132,2 dBc/Hz.
Der Signalsynthesizer 20 von 3, der auf dem Dualoszillatorsynthesizer 10 basiert, der im Vorhergehenden erörtert ist, umfasst eine Hochfrequenzversatzstufe 22 in dem Rückkopplungsweg der Versatzschleife 3. Die Hochfrequenzversatzstufe 22 umfasst eine Hochfrequenzversatzquelle 26, die ein Hochfrequenzversatzsignal S2 liefert, und einen Mischer oder ein anderes Frequenzübersetzungselement 24. Die Hochfrequenzversatzstufe 22 übersetzt das Versatzsignal S_OS2, das durch den Oszillator YTO2 in der Versatzschleife 3 geliefert wird, von der Frequenz f_OS2 zu einem frequenzverschobenen Versatzsignal S_IF mit einer niedrigeren Frequenz f_IF = f_OS2 – f2, wobei f2 die Frequenz des Hochfrequenzversatzsignals S2 ist. Dieses frequenzübersetzte Versatzsignal S_IF ermöglicht es, dass der harmonische Mischer 6 eine entsprechend niedrigere Harmonische des Niederfrequenzversatzsignals S1 zum Phasenverriegeln mit dem Referenzsignal S_OSC in der Versatzschleife 3 verwendet. Je höher die Frequenz f2 des Hochfrequenzversatzsignals S2 ist, desto niedriger ist die Frequenz f_IF des frequenzverschobenen Versatzsignals S_IF, und desto niedriger ist die Harmonische. Die niedrigere Harmonische, die ein harmonisches Vielfaches H2 ist, verringert entsprechend eine Phasenrauschmultiplikation des Niederfrequenzsignals S1 in der Versatzschleife 3. Da die Frequenz f2 des Signals S2 normalerweise größer ist als die Frequenz f1 des Signals S1, wird der Begriff „Hochfrequenz" verwendet, wenn auf die Versatzstufe 22, die Versatzquelle 26 und das Signal S2 in dem Rückkopplungsweg der Versatzschleife 3 Bezug genommen wird, wohingegen der Begriff „Niederfrequenz" verwendet wird, wenn auf die Versatzstufe 4, die Versatzquelle 8 und das Signal S1 Bezug genommen wird.
Auf Grund der Hochfrequenzversatzstufe 22 in dem Rückkopplungsweg der Versatzschleife 3 steht die Frequenz f_OS2 des Versatzsignals S_OS2 durch Gleichung 3 in Beziehung mit der Frequenz f1 des Niederfrequenzversatzsignals S1, der Frequenz f2 des Hochfrequenzversatzsignals S2 und der Frequenz f_OSC des Referenzsignals S_OSC. fOS2 = f2 + H2·f1 ± fOSC (3)
Ein Mischen des Versatzsignals S_OS2 mit dem Ausgangssignal S_OUT2 in der Hauptschleife 2 und ein Phasenverriegeln eines bezeichneten Mischprodukts 17 mit dem Interpolationssignal S_INT mit einer Frequenz f_INT in der Hauptschleife 2 hat zur Folge, dass das Ausgangssignal S_OUT2 eine Frequenz f_OUT2 aufweist, wie es in Gleichung 4 angezeigt ist. fOUT2 = fOS2 ± fINT = H2·f1 ± fOSC ± fINT + f2 (4)
Da die Frequenzbeziehung von Gleichung 4 auch das Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT2 bestimmt, ist das Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT2 das harmonische Vielfache H2 mal das Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1 plus das Phasenrauschen des Referenzsignals S_OSC plus das Phasenrauschen des Interpolationssignals S_INT und das Phasenrauschen des Hochfrequenzversatzsignals S2. Während die Rauschverstärkung der Hauptschleife 2 bezüglich des Interpolationssignals S_INT, des Hochfrequenzversatzsignals S2 und des Referenzsignals S_OSC Eins ist, ist die Rauschverstärkung bezüglich des Niederfrequenzversatzsignals S1 das harmonische Vielfache H2.
Ein Reduzieren des Wertes des harmonischen Vervielfachers von H1 zu H2 durch die Aufnahme der Hochfrequenzversatzstufe 22 in den Rückkopplungsweg der Versatzschleife 3 des Signalsynthesizers 20 reduziert entsprechend die Phasen rauschmultiplikation des Niederfrequenzversatzsignals S1. Wenn z. B. das Hochfrequenzversatzsignal S2 bei der Versatzstufe 22 eine Frequenz f2 aufweist, die gleich 4 GHz ist, und wenn die Niederfrequenzversatzquelle 8 ein Niederfrequenzversatzsignal S1 liefert, das eine Frequenz f1 von 100 MHz aufweist, weist das harmonische Vielfache H2 einen Wert von etwa 1 bis 30 für ein Ausgangssignal S_OUT2 auf, das eine Frequenz f_OUT2 aufweist, die sich zwischen 4 und 7 GHz erstreckt. Dieser Wertebereich des harmonischen Vielfachen H2, der sich mit der Hochfrequenzversatzstufe 22 in dem Rückkopplungsweg der Versatzschleife 3 ergibt, lässt sich mit dem harmonischen Vielfachen H1 vergleichen, das einen Wert von etwa 40 bis 70 für den Dualoszillatorsynthesizer 10 von 2 aufweist. Bei dem Signalsynthesizer 20 von 3 wird das Gesamtphasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT2 durch die Hochfrequenzversatzstufe 22 reduziert, solange das Phasenrauschen, das durch das Hochfrequenzversatzsignal S2 beigetragen wird, geringer ist als das sich ergebende Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1, wenn dasselbe mit dem harmonischen Vielfachen H2 anstelle des harmonischen Vielfachen H1 multipliziert wird.
Wenn Oszillatoren, die auf dielektrischen Resonatoren oder YIG-Resonatoren basieren, als die Hochfrequenzversatzquelle 26 verwendet werden, kann ein Hochfrequenzversatzsignal S2 mit einem Phasenrauschen im Bereich von etwa –130 dBc/Hz bei einem Versatz von 10 kHz geliefert werden. Es können jedoch Oszillatoren, die optische Verzögerungsleitungen, saphirgeladene Hohlraumresonatoren hoher Güte, Superleiter-Resonatoren oder andere Hochleistungselemente, -vorrichtungen oder -konfigurationen verwenden, um das Phasenrauschen des Hochfrequenzversatzsignals S2 unter –150 dBc/Hz bei einem Versatz von 10 kHz zu erzeugen, bereitgestellt werden. Basierend auf Gleichung 4 liegt bei einem typischen Beispiel, bei dem das Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1 bei einem Versatz von 10 kHz –170 dBc/Hz beträgt und das harmonische Vielfache H2 zwischen 1 und 30 liegt, das Phasenrauschen des Niederfrequenzversatzsignals S1, wenn dasselbe multipliziert wird, zwischen –170 dBc/Hz und –140 dBc/Hz liegt, wobei das Phasenrauschen des Referenzoszillators 11 –170 dBc/Hz beträgt, wobei das Phasenrauschen des Interpolationssignals S_INT –140 dBc/Hz beträgt und wobei das Phasenrauschen des Hochfrequenzversatzsignals S2 –150 dBc/Hz beträgt, das sich ergebende Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT2 zwischen –139,6 dBc/Hz und –136,7 dBc/Hz bei einem Versatz von 10 kHz. Gleichung 4 zeigt auch an, dass eine Abnahme des Phasenrauschens des Interpolationssignals S_INT das Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT2 bei diesem Beispiel weiter senken kann.
Während Hochfrequenzversatzsignale S2, die ein geringes Phasenrauschen aufweisen, das Phasenrauschen des Ausgangssignals S_OUT2 des Signalsynthesizers 20, wie es oben veranschaulicht ist, senken können, ist eine wesentliche Phasenrauschverringerung erreichbar, wenn der Signalsynthesizer 20 bei einem Spektrumanalysator verwendet wird. Bei der Spektrumanalysatoranwendung werden die Phasenrauschbeschränkungen für die Hochfrequenzversatzquelle 26 gelockert, wobei sich ein geringes Phasenrauschen ergibt, selbst wenn Oszillatoren, die auf dielektrischen Resonatoren oder YIG-Resonatoren basieren, verwendet werden, um die Hochfrequenzversatzquelle 26 zu liefern.
4 zeigt den Signalsynthesizer 20, der bei dem herkömmlichen Spektrumanalysator von 1 konfiguriert ist. Hier ist die Hauptschleife 2 des Signalsynthesizers 20, die das Ausgangssignal S_OUT2 liefert, der erste Lokaloszillator für die erste Frequenzumwandlungsstufe FCS1. Der zweite Lokaloszillator LO2 des Spektrumanalysators wird als die Hochfrequenzversatzquelle 26 verwendet und liefert das Hochfrequenzversatzsignal S2. Damit der Spektrumanalysator ein angelegtes Eingangssignal S_IN mit einer Frequenz f_IN genau darstellt, sollte das Signal des ersten Lokaloszillators, bei diesem Beispiel S_OUT2, nicht wesentlich zu dem Phasenrauschen des sich ergebenden Zwischenfrequenzsignals IF3 beitragen, das durch die Frequenzumwandlungsstufen FCS1– FCS3 des Spektrumanalysators geliefert wird. Die Frequenz fIF2 des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 bei dem Spektrumanalysator ist in Gleichung 5 angezeigt. fIF2 = fIN + fLO1 – fLO2 = fIN + H2·f1 ± fOSC ± fINT + f2 – fLO2 (5)
Gleichung 5 zeigt an, dass der Phasenrauschbeitrag des zweiten Lokaloszillators LO2 zu dem zweiten Zwischenfrequenzsignal IF2 aufgehoben wird, wenn die Frequenz f2 gleich fLO2 ist, d. h. wenn der zweite Lokaloszillator LO2 die Hochfrequenzversatzquelle 26 liefert. Somit wird das Phasenrauschen, selbst wenn der zweite Lokaloszillator LO2 ein hohes Phasenrauschen aufweist, auf Grund der Aufhebung nicht zu dem zweiten Zwischenfrequenzsignal IF2 übertragen.
Wenn der zweite Lokaloszillator LO2 das Hochfrequenzversatzsignal S2 liefert, ist die Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 (angezeigt durch Gleichung 6) unabhängig von dem Hochfrequenzversatzsignal S2, das durch den zweiten Lokaloszillator LO2 geliefert wird, da die Frequenzinstabilitäten des zweiten Lokaloszillators durch den ersten Lokaloszillator LO1 aufgenommen werden. Diese aufgenommenen Frequenzinstabilitäten werden dann durch die Frequenzumwandlung von dem ersten Zwischenfrequenzsignal IF1 zu dem zweiten Zwischenfrequenzsignal IF2 durch die zweite Frequenzumwandlungsstufe FCS2 in dem Spektrumanalysator aufgehoben. fIF2 = fIN + H2·f1 ± fOSC ± fINT (6)
Das Phasenrauschen des ersten Lokaloszillators LO1 hebt das Phasenrauschen des zweiten Lokaloszillatorsignals LO2 auf, wenn das Eingangssignal S_IN von dem ersten Zwischenfrequenzsignal IF1 durch die zweite Frequenzumwandlungsstufe FCS2 zu dem zweiten Zwischenfrequenzsignal IF2 umgewandelt wird, vorausgesetzt, dass das Phasenrauschen des ersten Lokaloszillators LO1 und des zweiten Lokaloszillators LO2 kohärent sind. Normalerweise ist das Phasenrauschen innerhalb des Spektrumanalysators kohärent, wenn der erste Lokaloszillator LO1 und der zweite Lokaloszillator LO2 mit dem gleichen Referenzsignal phasenverriegelt sind, was einen Bereich von Rauschkohärenz zur Folge hat, der normalerweise kleiner ist als mehrere Kilohertz. Bei der Konfiguration von 4 zwingt der Signalsynthesizer 20 jedoch den ersten Lokaloszillator LO1, mit dem zweiten Lokaloszillator LO2 innerhalb der Schleifenbandbreite der Hauptschleife 2 des Signalsynthesizers 20 kohärent zu sein, was bis zu mehreren hundert Kilohertz betragen kann.

Tabelle 1 fasst das Phasenrauschen des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 des Spektrumanalysators, der den Signalsynthesizer 20 verwendet, der wie in 4 konfiguriert ist, zusammen. Tabelle 2 fasst das Phasenrauschen des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 des Spektrumanalysators zusammen, wenn der Dualoszillatorsynthesizer 10, der das Ausgangssignal S_OUT1 liefert, wie es in 2 gezeigt ist, als der erste Lokaloszillator LO1 des Spektrumanalysators verwendet wird. Bei beiden Konfigurationen für dieses Beispiel weist das erste Zwischenfrequenzsignal IF1 des Spektrumanalysators eine Frequenz von 4,3 GHz auf, und ein Abstimmen des ersten Lokaloszillators LO1 von 4,3 GHz auf 7,3 GHz ermöglicht es, dass ein Eingangssignal S_IN aufgenommen wird, das eine Frequenz f_IN zwischen 0 und 3 GHz aufweist. Die Phasenrauschpegel, die in dBc/Hz dargestellt sind, sind repräsentativ bei einem Versatz von 10 kHz von den angezeigten Signalen. TABELLE 1

fIN (MHz)	Phasenrauschen von Signal S1 bei f1 = 100 MHz	Harmonisches Vielfaches H2	Phasenrauschen von LO2 bei 4 GHz	Phasenrauschen von Signal S_INT	Frequenz von LO1 (MHz)	Phasenrauschen von LO1	Phasenrauschen von IF2
0	–170	3	–130	–140	4.300	–129,6	–140,0
1.500	–170	18	–130	–140	5.800	–129,5	–138,8
3.000	–170	33	–130	–140	7.300	–129,4	–136,8

TABELLE 2

fIN (MHz)	Phasenrauschen von Signal S1 bei f1 = 100 MHz	Harmonisches Vielfaches H1	Phasenrauschen von LO2 bei 4 GHz	Phasenrauschen von Signal S_INT	Frequenz von LO1 (MHz)	Phasenrauschen von LO1	Phasenrauschen von IF2
0	–170	43	–130	–140	4.300	–135,5	–128,9
1.500	–170	58	–130	–140	5.800	–133,6	–128,4
3.000	–170	73	–130	–140	7.300	–132,0	–127,9

Tabelle 2 zeigt an, dass, wenn der Dualoszillatorsynthesizer 10 von 2 den ersten Lokaloszillator LO1 des herkömmlichen Spektrumanalysators von 1 liefert, das Phasenrauschen des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 durch den zweiten Lokaloszillator LO2 dominiert wird, gefolgt von dem Phasenrauschen des ersten Lokaloszillators LO1. Somit senkt selbst eine erhebliche Verringerung des Phasenrauschens des zweiten Lokaloszillators LO2 das Phasenrauschen des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 nicht entsprechend, da der erste Lokaloszillator LO1 dann der dominierende Phasenrauschbeitragende wird. Eine Verringerung des Phasenrauschens des zweiten Lokaloszillators LO2 um 10 dB verringert bei dem vorliegenden Beispiel das Phasenrauschen des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 nur auf den Bereich von –134,2 bis –131,4 dBc/Hz.
Tabelle 1 zeigt an, dass das Phasenrauschen des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 um mehr als 10 dB geringer sein kann, wenn der Signalsynthesizer 20, der das Ausgangssignal S_OUT2 erzeugt, als der erste Lokaloszillator LO1 verwendet wird, und wenn der zweite Lokaloszillator LO2 die Hochfrequenzversatzquelle 26 ist, die das Hochfrequenzversatzsignal S2 liefert. Bei diesem Beispiel wird das Phasenrauschen des Spektrumanalysators durch das Phasenrauschen des Interpolationssignals S_INT dominiert, was anzeigt, dass eine weitere Verringerung des Phasenrauschens des Interpolationssignals S_INT das Phasenrauschen des zweiten Zwischenfrequenzsignals IF2 weiter verringern kann.
5 zeigt ein Signalsyntheseverfahren 30 gemäß alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Schritt 31 des Verfahrens 30 umfasst ein Erzeugen des Ausgangssignals S_OUT2 in der Hauptschleife 2 eines Dualoszillatorsynthesizers 10. Bei Schritt 32 wird das Versatzsignal S_OS2 in der Versatzschleife 3 des Dualoszillatorsynthesizers 10 erzeugt. Bei Schritt 33 wird das Versatzsignal S_OS2 zu der Hauptschleife 2 und zu einem Rückkopplungsweg der Versatzschleife 3 geliefert. In der Versatzschleife 3 wird die Frequenz des Versatzsignals S_OS2 bei Schritt 34 zu einer niedrigeren Frequenz f_IF verschoben, normalerweise durch ein Mischen des Versatzsignals S_OS2 mit einem Hochfrequenzversatzsignal S2. Bei Schritt 36 wird das frequenzverschobene Versatzsignal SIF mit einem harmonischen Vielfachen des angelegten Niederfrequenzversatzsignals S1 in der Versatzschleife 3 gemischt. Ein Mischprodukt 5, das sich aus dem Mischen des frequenzverschobenen Versatzsignals S_IF mit dem harmonischen Vielfachen des angelegten Niederfrequenzversatzsignals S1 in der Versatzschleife 3 ergibt, wird mit einem Referenzoszillator 11 phasenverriegelt (Schritt 38). Normalerweise wird das Ausgangssignal S_OUT2 mit dem Versatzsignal S_OS2 in der Hauptschleife 2 gemischt, wo das sich ergebende Mischprodukt 17 durch das frequenzabstimmbare Interpolationssignal S_INT versetzt wird.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert das Ausgangssignal S_OUT2 den ersten Lokaloszillator LO1 eines Spektrumanalysators. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert die Hauptschleife 2 des Signalsynthesizers 20, die das Ausgangssignal S_OUT2 liefert, den ersten Lokaloszillator LO1 eines Spektrumanalysators, und die Hochfrequenzversatzquelle 26 ist ein zweiter Lokaloszillator LO2 des Spektrumanalysators.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail veranschaulicht wurden, sollte es ersichtlich sein, dass einem Fachmann Modifizierungen und Anpassungen zu diesen Ausführungsbeispielen einfallen können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie dieselbe in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.

Claims

Signalsynthesizer (20), der folgende Merkmale aufweist: einen Dualoszillatorsynthesizer (10), der einen ersten Oszillator (YTO1) in einer Hauptschleife (2) aufweist, die ein Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, einen zweiten Oszillator (YTO2) in einer Versatzschleife (3) aufweist, die ein Versatzsignal (S_OS2) zu der Hauptschleife (2) und zu einem Rückkopplungsweg der Versatzschleife (3) liefert, und einen harmonischen Mischer (6) aufweist, der ein erstes Signal an einem ersten Eingang empfängt; und eine Versatzstufe in dem Rückkopplungsweg der Versatzschleife (3), die das Versatzsignal (S_OS2) empfängt, die Frequenz des Versatzsignals (S_OS2) zu einer niedrigeren Frequenz verschiebt und das frequenzverschobene Versatzsignal (S_IF) zu einem zweiten Eingang des harmonischen Mischers (6) liefert, wobei der harmonische Mischer (6) ein harmonisches Vielfaches (H2) des ersten Signals mit dem frequenzverschobenen Versatzsignal (S_IF) mischt, um ein Mischprodukt zu liefern, das mit einem Referenzoszillator (11) phasenverriegelt ist.
Signalsynthesizer gemäß Anspruch 1, bei dem das Verschieben der Frequenz des Versatzsignals (S_OS2) ein Mischen des Versatzsignals (S_OS2) mit einem zweiten Signal in der Versatzstufe umfasst, wobei das zweite Signal eine höhere Frequenz aufweist als das erste Signal.
Signalsynthesizer gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Versatzsignal (S_OS2) mit dem Ausgangssignal (S_OUT2) in der Hauptschleife (2) gemischt wird.
Signalsynthesizer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Versatzsignal (S_OS2) eine Frequenz aufweist, die gleich der Frequenz des zweiten Signals plus der Frequenz des ersten Signals mal dem harmonischen Vielfachen (H2) plus der Frequenz des Referenzoszillators (11) ist.
Signalsynthesizer gemäß Anspruch 4, bei dem das Ausgangssignal (S_OUT2) eine Frequenz aufweist, die gleich der Frequenz des Versatzsignals (S_OS2) ist, verschoben durch die Frequenz eines frequenzabstimmbaren Interpolationssignals (S_INT)
Signalsynthesizer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert.
Signalsynthesizer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert, und bei dem das zweite Signal durch einen zweiten Lokaloszillator (LO2) des Spektrumanalysators geliefert wird.
Signalsynthesizer gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert, und bei dem das zweite Signal durch einen zweiten Lokaloszillator (LO2) des Spektrumanalysators geliefert wird.
Signalsynthesizer gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert, und bei dem das zweite Signal durch einen zweiten Lokaloszillator (LO2) des Spektrumanalysators geliefert wird.
Signalsynthesizer gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert, und bei dem das zweite Signal durch einen zweiten Lokaloszillator (LO2) des Spektrumanalysators geliefert wird.
Signalsynthesizer gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert, und bei dem das zweite Signal durch einen zweiten Lokaloszillator (LO2) des Spektrumanalysators geliefert wird.
Signalsyntheseverfahren (30), das folgende Schritte aufweist: a) Erzeugen (31) eines Ausgangssignals (S_OUT2) in einer Hauptschleife (2) eines Dualoszillatorsynthesizers (10); b) Erzeugen (32) eines Versatzsignals (S_OS2) in einer Versatzschleife (3) des Dualoszillatorsynthesizers (10); c) Liefern (33) des Versatzsignals (S_OS2) zu der Hauptschleife (2) und zu einem Rückkopplungsweg der Versatzschleife (3); d) Verschieben (34) der Frequenz des Versatzsignals (S_OS2) zu einer niedrigeren Frequenz; und e) Mischen (36) eines harmonischen Vielfachen eines angelegten Niederfrequenzreferenzsignals (S1) mit dem frequenzverschobenen Versatzsignal (S_IF) in der Versatzschleife (3).
Signalsyntheseverfahren gemäß Anspruch 12, bei dem (d) ein Mischen des Versatzsignals (S_OS2) mit einem zweiten Signal umfasst, das eine Frequenz aufweist, die größer ist als die Frequenz des ersten Signals.
Signalsyntheseverfahren gemäß Anspruch 13, das ferner ein Phasenverriegeln (38) eines Mischproduktes (5), das sich aus (e) ergibt, mit einem Referenzoszillator (11) aufweist.
Signalsyntheseverfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem das Versatzsignal (S_OS2) eine Frequenz aufweist, die gleich der Frequenz des zweiten Signals plus der Frequenz des ersten Signals mal dem harmonischen Vielfachen plus der Frequenz des Referenzoszillators (11) ist.
Signalsyntheseverfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, das ferner ein Mischen des Versatzsignals (S_OS2) mit dem Ausgangssignal (S_OUT2) in der Hauptschleife (2) umfasst.
Signalsyntheseverfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, eine Frequenz aufweist, die gleich der Frequenz des Versatzsignals (S_OS2) ist, verschoben durch die Frequenz eines frequenzabstimmbaren Interpolationssignals (S_INT)
Signalsyntheseverfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert, und bei dem das zweite Signal durch einen zweiten Lokaloszillator (LO2) des Spektrumanalysators geliefert wird.
Signalsyntheseverfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Hauptschleife (2), die das Aus gangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert, und bei dem das zweite Signal durch einen zweiten Lokaloszillator (LO2) des Spektrumanalysators geliefert wird.
Signalsyntheseverfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 17, bei dem die Hauptschleife (2), die das Ausgangssignal (S_OUT2) erzeugt, den ersten Lokaloszillator (LO1) eines Spektrumanalysators liefert, und bei dem das zweite Signal durch einen zweiten Lokaloszillator (LO2) des Spektrumanalysators geliefert wird.