DE102004050912A1

DE102004050912A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse

Info

Publication number: DE102004050912A1
Application number: DE102004050912A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Ortler; Elisabeth Satzger; Christian Evers
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: DE102004050912B4; US7313492B2; JP2005292147A; US20050222788A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung (1) zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse bildet ein elektronisches Hochfrequenzsignal innerhalb eines Frequenzbereichs durch eine erste Frequenzverschiebung mittels eines Mischers (23) der Meßeinrichtung (1) in mindestens zwei Spektren ab. Durch die erste Frequenzverschiebung wird das Spektrum des elektronischen Hochfrequenzsignals sukzessive innerhalb der Auflösebandbreite (DELTAF¶ZF¶) eines Zwischenfrequenzfilters (24) der Meßeinrichtung (1) abgebildet. Gleichzeitig kommt durch eine zweite Frequenzverschiebung jede Spektrallinie von in der Meßeinrichtung (1) erzeugten Störsignalen außerhalb der Auflösebandbreite (DELTAF¶ZF¶) des Zwischenfrequenzfilters (24) zu liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von Hochfrequenzsignalen.

Bei Meßeinrichtungen zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen – beispielsweise Spektrumanalysatoren oder Netzwerkanalysatoren –, welche nach dem Überlagerungsprinzip arbeiten, werden die hochfrequenten Meß- und Generatorsignale über Mischer vom Hochfrequenzbereich in den Zwischenfrequenzbereich frequenzverschoben. Hierbei wird der gesamte interessierende Hochfrequenzbereich mittels Durchstimmen des Mischers mit einem frequenzveränderlichen Mischersignal eines Lokaloszillators in den Zwischenfrequenzbereich zur weiteren Analyse abgebildet.

Die Leistungsfähigkeit einer derartigen Meßeinrichtung ist neben seiner Frequenzbandbreite und Frequenzauflösung vor allem durch seinen realisierten Dynamikbereich gekennzeichnet. Dieser ergibt sich aus der Fähigkeit der Meßeinrichtung, gleichzeitig Signale mit sehr niedriger Leistung in Gegenwart von Signalen mit sehr hoher Leistung zu messen und darzustellen. Der Dynamikbereich einer derartigen Meßeinrichtung wird geschmälert durch Störsignale, die entweder dem zu analysierenden Meßsignal oder dem zu erzeugenden Generatorsignal innerhalb der Meßeinrichtung unerwünscht überlagert werden.

Diese systembedingten Störsignale sind auf unterschiedliche Störquellen zurückzuführen. Einen nicht unwesentlicher Störfaktor stellt das Rauschen – Phasenrauschen des Lokaloszillators, Rauschen der Empfängerstufe und des Mischers – dar, das zwar einen vergleichsweise niedrigen Störpegel aufweist, aber aufgrund seines stochastischen Charakters aufwändiger zu kompensieren ist. Eine weitere wichtige Störquelle stellen nichtlineare Funktionseinheiten in der Meßeinrichtung – Mischer und Analog-Digital-Wandler – dar, die zu nichtlinearen Verzerrungen des Meß- und Generatorsignals führen, welche sich in zusätzlichen Spektrallinien im zu analysierenden Frequenzbereich bemerkbar machen. Schließlich werden die Nutzsignale – zu analysierende Meßsignale und zu erzeugende Generatorsignale – durch in der Meßeinrichtung erzeugte Hochfrequenzsignale – Referenzfrequenzen, Taktfrequenzen und Netzfrequenzen – verunreinigt, welche in die Signalpfade des in den Zwischenfrequenzbereich herabzumischenden Meß- oder Generatorsignals oder des Mischersignals eingekoppelt werden. Diese Hochfrequenzeinkopplungen werden auch nicht ausreichend durch die in den einzelnen Signalpfaden integrierten Filter gedämpft, da diese im allgemeinen aus verschiedenen Gründen – z.B. hohe gewünschte Dynamik der Phasenregelkreise, hohe Grenzfrequenz des Mischersignals – sehr breitbandig ausgelegt sind.

Prinzipiell kann zwischen Störsignalen, deren Spektrallinien zu den Frequenzen F_Zi gemäß 1 jeweils einen festen Frequenzabstand Δf zur Frequenz F_LO des Mischersignal aufweisen, und Störsignalen, deren Spektrum gemäß 2 absolut fixiert und unabhängig von der Frequenz F_LO des Mischersignals ist, unterschieden werden. Zur ersten Gruppe von Störsignalen gehören beispielsweise eingekoppelte Hochfrequenzsignale, die im Mischer das Mischersignal modulieren, oder die durch nichtlineare Verzerrung des Mischers erzeugten Spektralanteile der Intermodulationsprodukte höherer Ordnung. Zur zweiten Gruppe von Störsignalen können beispielsweise an den Ausgang des Mischers eingekoppelte Hochfrequenzsignale der in den einzelnen Signalpfaden der Meß- und Generatorsignale integrierten Frequenzteiler gerechnet werden.

Um den Dynamikbereich einer derartigen Meßeinrichtung zu verbessern, sind diese systembedingten Störsignale im zu analysierenden Frequenzbereich von den Nutzsignalen – zu analysierende Meßsignale und zu erzeugende Generatorsignale – zu trennen bzw. vollständig aus dem zu analysierenden Frequenzbereich zu beseitigen.

Im Spektrumanalysator der EP 0 841 569 B1 wird hierzu ein zu analysierendes Meßsignal in mehreren Messungen mittels eines Mischers in mehrere Frequenzbereiche, die zueinander frequenzverschoben sind, gemischt, über einen Analog-Digital-Wandler gewandelt und anschließend einer Fourier-Transformation zugeführt. Die durch die Fourier-Transformation gewonnenen einzelnen Spektren enthalten neben den um die jeweilige Mischerfrequenz frequenzverschobenen Nutzsignal-Spektralanteile auch die beispielsweise im Mischer oder im Analog-Digital-Wandler erzeugten Störsignal-Spektralanteile, welche keiner Frequenzverschiebung unterworfen sind. Die einzelnen im Fourier-Transformator erzeugten Spektren werden anschliessend in einer Einheit zur Frequenzverschiebung jeweils um den Frequenzbetrag wieder zurückverschoben, mit dem sie im Mischer frequenzverschoben wurden. Werden die auf diese Weise frequenzverschobenen Spektren in einer Mittelungs-Einheit pro Frequenzeinheit gemittelt, so bleiben die Nutzsignal-Spektralanteile aufgrund ihrer gleichen Frequenzlage in den einzelnen Spektren erhalten, während die Störsignal-Spektralanteile aufgrund ihrer statistischen Verteilung in den einzelnen Spektren gedämpft werden.

Nachteilig an diesem Spektralanalysator ist die Tatsache, daß die Störsignal-Spektralanteile durch die Mittelungs-Einheit nur gedämpft werden, aber nicht aus dem zu analysierenden Frequenzbereich beseitigt werden.

Auch in der Schaltungsanordnung der US 4,791,577 erfolgt in einem Mischer eine Frequenzverschiebung des zu analysierenden Meßsignals in mehrere Frequenzbereiche – in diesem Fall in zwei Frequenzbereiche –, eine anschließende Analog-Digital-Wandelung des jeweils frequenzverschobenen Meßsignals und eine Erzeugung des zum jeweiligen frequenzverschobenen Meßsignals gehörigen Spektrums durch eine Fourier-Transformation. Die beiden Spektren des unterschiedlich frequenzverschobenen Meßsignals werden über ein Schieberegister wieder in eine identische Frequenzlage übergeführt, in der die Nutzsignal-Spektralanteile der beiden Spektren an gleichen Frequenzen zu liegen kommen, während die Störsignal-Spektralanteile der beiden Spektren an unterschiedlichen Frequenzen liegen. Im Unterschied zur Anordnung der EP 0 841 569 B1 wird in der Schaltungsanordnung der US 4,791,577 durch Vergleich der beiden Spektren vom Vergleicher ein neues Spektrum erzeugt, das nur noch Nutzsignal-Spektralanteile, aber keine Störsignal-Spektralanteile enthält.

Die Schaltungsanordnung der US 4,791,577 weist den Nachteil auf, daß die Ausblendung von Störsignal-Spektralanteilen in Spektrum des zu analysierenden Meßsignals lediglich mit der Frequenzauflösung der Fourier-Transformation erfolgt. Störsignal-Spektralanteile, die einen Frequenzabstand zu Nutzsignal-Spektralanteilen aufweisen, der kleiner als diese Frequenzauflösung ist, werden bei dieser Anordnung den Nutzsignal-Spektralanteilen überlagert und führen im Vergleicher zu einer fehlerhaften Ausblendung des jeweiligen Nutzsignal- und Störsignal-Spektralanteils.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für Meßeinrichtungen zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen zu schaffen, mit dem sämtliche in der Meßeinrichtung erzeugte Störsignal-Spektralanteile – insbesondere Störsignal-Spektralanteile in Frequenznähe zu Nutzsignal-Spektralanteilen – im zu analysierenden Frequenzbereich nicht nur gedämpft, sondern im Hinblick auf eine Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit der Meßeinrichtung aus dem zu analysierenden Frequenzbereich nahezu vollständig beseitigt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtungen zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse eines elektronischen Hochfrequenzsignals mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse eines elektronischen Hochfrequenzsignals mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.

Für die Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen mit hoher Frequenzauflösung wird anstelle einer Fourier-Transformation des zu analysierenden Meßsignals in den Frequenzbereich und anschließender Spektralanalyse im Frequenzbereich eine sukzessive Frequenzverschiebung – Sweepen – des zu analysierenden Meßsignals mittels Mischer in die Auflösebandbreite eines Zwischenfrequenzfilters durchgeführt. Auf diese Weise kann durch die Auflösebandbreite die Auflösung der Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse festgelegt werden.

Gelangen in der Meßeinrichtung generierte Störsignale mit einem ihrer Spektralanteile in die Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilters, so wird im erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Spektrallinie des jeweiligen Störsignals durch eine zweite Frequenzverschiebung wiederum aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilters verlagert und führt zu keiner ungewollten Verunreinigung des zu analysierenden Frequenzbereichs. Ganz analog können in einer Meßeinrichtung für Meßzwecke erzeugte Generatorsignale von in der Meßeinrichtung erzeugten Störsignalen befreit werden. Somit ist es möglich, mit der Meßeinrichtung auch Meß- bzw. Generatorsignale mit Spektralanteilen, deren Pegel kleiner als der Signalpegel der Störsignal-Spektralanteile ist, zu analysieren bzw. zu erzeugen und somit eine Meßeinrichtung mit erhöhtem Dynamikbereich und erhöhter Meßgenauigkeit zu realisieren.

Die Verlagerung der Spektralanteile der Störsignale aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilters kann je nach Störquelle der Störsignale unterschiedlich erfolgen:
Handelt es sich um Störsignale, deren Spektralanteile einen festen Frequenzabstand zur Mischerfrequenz F_LO des Mischersignals aufweisen, so können diese Spektralanteile durch Frequenzverschiebung der Mischerfrequenz F_LO des Mischersignal vergleichsweise einfach aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilters verschoben werden.

Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn anstelle der Frequenzverschiebung der Mischerfrequenz F_LO des Mischersignals die Mittenfrequenz F_M des Zwischenfrequenzfilters verschoben wird. Auch durch Reduzierung der Auflösebandbreite ΔF_ZF des Zwischenfrequenzfilters kann erreicht werden, daß Spektralanteile der Störsignale aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilters verschwinden.

Schließlich können Spektralanteile von Störsignalen, die vollkommen unabhängig von der Mischerfrequenz F_LO des Mischersignal an einer bestimmten Frequenz F_Zi fixiert sind, aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilters verschoben werden. Da es sich hierbei um Hochfrequenzsignale von in der Meßeinrichtung erzeugten Referenzfrequenzen, Taktfrequenzen und Netzfrequenzen handelt, die in die Signalpfade des Meßsignals, des Generatorsignals oder des Trägersignals eingekoppelt werden, können diese durch temporäre Änderung des Teilungsfaktors von in den Signalpfaden integrierten Frequenzteilern hinsichtlich ihrer Frequenz geändert werden und damit aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilters geschoben werden. Um das Meß- oder Generatorsignal dabei hinsichtlich seiner Frequenz nicht zu verändern, ist der Teilungsfaktor in jeweiligen Frequenzteiler periodisch zwischen zwei Werten zu schalten, die symmetrisch zum Teilungsfaktorwert liegen, der für die Frequenzteilung des zu analysierenden Meßsignals oder des zu erzeugenden Generatorsignals erforderlich ist.

Eine optimale Beseitigung der Störsignalspektralanteile wird durch eine Frequenzverschiebung in die Nullstellen der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters erzielt. Hierbei erfolgt eine Frequenzverschiebung der Störsignalspektrallinien in die nächstgelegene Nullstelle der Übertragungsfunktion. Da die Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters einer Si-Funktion ähnelt, beschränkt sich die maximal notwendige Frequenzverschiebung auf den halben Abstand zweier Nullstellen dieser Übertragungsfunktion (halbe Frequenzbreite der "Hauptkeule" der einer Si-Funktion ähnlichen Übertragungsfunktion).

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektral- und/oder Netzwerkanalyse eines elektronischen Hochfrequenzsignals wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine grafische Darstellung von Störsignal-Spektralanteilen mit festen Frequenzabstand zum "sweependen" Mischersignal,
2 eine grafische Darstellung von Störsignalen-Spektralanteilen mit unabhängigen Frequenzabstand zum "sweependen" Mischersignal,
3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen,
4 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Ver fahrens zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen,
5 eine spektrale Darstellung der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters und
6 eine grafische Darstellung von periodisch sich in der Frequenz ändernden Störsignal-Spektralanteilen.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen.
Die Meßeinrichtung 1 – beispielsweise ein Spektrumanalysator oder ein Netzwerkanalysator – ist in 3 schematisch dargestellt und auf die für die Erfindung wesentlichen Funktionseinheiten beschränkt. Sie besteht im wesentlichen aus einer Einheit 2 zur Erzeugung eines Generatorsignals, einem zu vermessenden Prüfling (device under test = DUT) 3, einem Richtkoppler 4 und einer Einheit 5 zur Durchführung der Spektrumanalyse.
Mit dem Generatorsignal wird der zu vermessenden Prüfling 3 über die Signalleitung 6 angeregt. Über einen Richtkoppler 4, der in der Signalleitung 6 angeordnet ist, wird das Generatorsignal oder das vom Prüfling 3 reflektierte Meßsignal erfasst und über die Signalleitung 7 der Einheit 5 zur Durchführung der Spektrumanalyse zugeführt.
Das Generatorsignal wird, bevor es über die Signalleitung 6 dem Prüfling 3 zugeführt wird, über einen Mischer 8 mit einem Mischersignal vom Hochfrequenzbereich in den Zwischenfrequenz umgesetzt. Hierzu wird die Frequenz des hochfrequenten Generatorsignals in einem ersten Phasen regelkreis 9 und die Frequenz des Mischersignals in einem zweiten Phasenregelkreis 10 eingestellt.
Der erste Phasenregelkreis 9 enthält hierzu einen Phasendetektor 11, der die Regeldifferenz zwischen einem in einem Frequenzteiler 12 um den einstellbaren Teilungsfaktor n in seiner Frequenz heruntergeteilten Frequenz-Istwert des hochfrequenten Generatorsignals am Ausgang eines spannungsgesteuerten Frequenzoszillators (voltage controlled oscillator = VCO) 13 und einem in einem Frequenzteiler 14 um einen einstellbaren Teilungsfaktor n in seiner Frequenz heruntergeteilten Frequenz-Referenzwert n_REF bildet. Ein dem Phasendetektor 11 nachfolgendes Tiefpaßfilter 15 prägt dem ersten Phasenregelkreis 9 eine bestimmte Regeldynamik auf. Der nachgeschaltete spannungsgesteuerte Frequenzoszillator 13 führt in Abhängigkeit der vom Phasendetektor 11 ermittelten Regeldifferenz die Frequenz des hochfrequenten Generatorsignals nach. Die Frequenz des hochfrequenten Generatorsignals am Ausgang des ersten Phasenregelkreises 9 wird durch die Frequenzteilung des Frequenz-Referenzwerts n_REF durch den Teilungsfaktor n des Frequenzteilers 12 festgelegt. Das Frequenzniveau des hochfrequenten Generatorsignals am Ausgang des ersten Phasenregelkreises 9 gegenüber dem Frequenzniveau des Frequenz-Referenzwert n_REF am Eingang des ersten Phasenregelkreises 9 erfolgt im spannungsgesteuerten Frequenzoszillators 13.
Analog enthält der zweite Phasenregelkreis 10 einen Phasendetektor 16, der die Differenz zwischen einem in einem Frequenzteiler 17 um den einstellbaren Teilungsfaktor n in seiner Frequenz heruntergeteilten Frequenz-Istwert des Mischersignals am Ausgang eines spannungsgesteuerten Frequenzoszillators 18 und einem in einem Frequenzteiler 19 um einen einstellbaren Teilungsfaktor n in seiner Frequenz heruntergeteilten Frequenz-Referenzwert n_REF bildet. Das dem Phasendetektor 16 nachfolgende Tiefpaßfilter 20 prägt den zweiten Phasenregelkreis 10 eine bestimmte Regeldynamik auf. Der nachgeschaltete spannungsgesteuerte Frequenzoszillator 18 führt in Abhängigkeit der vom Phasendetektor 16 ermittelten Regeldifferenz die Frequenz des Mischersignals nach. Die Frequenz des Mischersignals am Ausgang des zweiten Phasenregelkreises 10 wird durch die Frequenzteilung des Frequenz-Referenzwert n_REF durch den Teilungsfaktor n des Frequenzteilers 12 festgelegt. Das Frequenzniveau des hochfrequenten Mischersignals am Ausgang des zweiten Phasenregelkreises 10 gegenüber dem Frequenzniveau des Frequenz-Referenzwertes n_REF am Eingang des zweiten Phasenregelkreises 10 erfolgt im spannungsgesteuerten Frequenzoszillator 18.
In der Einheit 5 zur Durchführung der Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse, die nach dem Überlagerungsprinzip arbeitet, wird entsprechend dem Stand der Technik in einem Sägezahngenerator 21 ein Signal zur Frequenzdurchstimmung eines Lokaloszillators 22 entlang einer Frequenzrampe erzeugt. Das vom Lokaloszillator 22 erzeugte Mischersignal ist ein in seiner Frequenz veränderliches Signal, dessen Frequenzbereich durch die Frequenzrampe des Sägezahngenerators 21 festgelegt ist. Im anschließenden Mischer 23 erfolgt mit dem Mischersignal eine ersten Frequenzverschiebung des in der Signalleitung 7 anstehenden Meßsignals in die Auflösungsbandbreite eines sich an den Mischer 23 anschließenden Zwischenfrequenzfilters 24, so daß der interessierende Frequenzbereich des Meßsignals sukzessive durch die Auflösungsbandbreite des Zwischenfrequenzfilters 24 geschoben wird.
Im anschließenden Detektor 25 werden die Pegel des sukzessive in durch Zwischenfrequenzfilter 24 geschobenen Meßsignals ermittelt und einer Anzeigeeinrichtung 26, welche vom Sägezahngenerator 21 synchronisiert wird, zur grafischen Darstellung zugeführt.
Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse eines elektronischen Hochfrequenzsignals eine Einheit 27 zur Identifizierung der Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale enthalten, welche in der Anzeigeeinrichtung 26 dargestellt sind und über die Signalleitung 30 der Einheit 27 zur Identifizierung der Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale zugeführt werden. Die identifizierten Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale werden über die Signalleitung 31 einer Einheit 28 zur übergeordneten Ablaufsteuerung zugeführt, welche die Störquelle der Störsignale ermittelt, darauf aufbauend den jeweils geeigneten Frequenzverschiebungs-Typ der zweiten Frequenzverschiebung auswählt, den Frequenzhub der zweiten Frequenzverschiebung und den richtigen Zeitpunkt für die jeweilige zweite Frequenzverschiebung ermittelt.
Zur Ermittlung des richtigen Zeitpunkts der zweiten Frequenzverschiebung erfaßt die Einheit 28 zur übergeordneten Ablaufsteuerung über die Signalleitung 32 die aktuelle Frequenz des Mischersignals am Ausgang des Lokaloszillators 22. Der jeweilige Frequenzverschiebung-Typ der zweiten Frequenzverschiebung, der jeweilige Frequenzhub der zweiten Frequenzverschiebung und der richtige Zeitpunkt zur zweiten Frequenzverschiebung wird der Einheit 29 zur Ansteuerung der zweiten Frequenzverschiebung über die Signalleitung 33 von der Einheit 28 zur übergeordneten Ablaufsteuerung mitgeteilt. Die Einheit 29 zur Ansteuerung der Frequenzverschiebung steuert über die Signalleitungen 34 die für den jeweiligen Frequenzverschiebungs-Typ der zweiten Frequenzverschiebung relevanten Parameter in den jeweiligen Funktionseinheiten der Meßeinrichtung 1 an.
In 4 ist ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen dargestellt.
Im ersten Verfahrensschritt S10 werden auf der Basis der Ergebnisse der Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse, die in der Anzeigeeinrichtung 26 dargestellt sind, die Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale ermittelt. Um die Spektralanteile der Störsignale von den Spektralanteilen des zu analysierenden Meßsignals hierbei zu trennen, wird der Einheit 5 zur Durchführung der Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse ein normiertes Meßsignal mit bekanntem Spektrum zugeführt. Nach Ausblendung der Spektralanteile des normierten Meßsignals aus dem Meßergebnis der Einheit 5 zur Durchführung der Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse können die Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale von der Einheit 27 zur Identifizierung der Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale vergleichsweise einfach aus Einheit 5 zur Durchführung der Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse über Signalleitung 30 ausgelesen werden.
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S20 wird für jedes Störsignal die jeweilige Störquelle identifiziert. Hierbei wird im wesentlichen festgestellt, ob es sich um Spektralanteile von Störsignalen, die in einem festen Frequenzabstand zur Mischerfrequenz F_LO liegen, oder um Spektralanteile von Störsignalen handelt, die an fixen Frequenzen unabhängig zur Mischerfrequenz F_LO liegen. Dies kann durch Variation der Mischerfrequenz F_LO und einer darauffolgenden Messung der Frequenzabstände der Spektralanteile der Störsignale zur Mischerfrequenz F_LO über die Einheit 27 zur Identifizierung der Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale ermittelt werden. Auch kann festgestellt werden, ob die Störsignale im Signalpfad des Mischersignals oder in den Signalpfad des Meß- bzw. Generatorsignals eingekoppelt werden, indem durch Variation der Frequenz des Mischersignal oder durch Variation der Frequenz eines normierten Meß- bzw. Generatorsignals die Frequenzen der Spektralanteile der identifizierten Störsignale über die Einheit 27 zur Identifizierung der Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale ermittelt werden und aus den ermittelten Frequenzveränderungen der Spektralanteile der identifi zierten Störsignale auf die Störquellen der Störsignale geschlossen wird.
Auf der Basis der Ergebnisse des Verfahrensschritts S20 wird im darauffolgenden Verfahrensschritt S30 der Typ der zweiten Frequenzverschiebung bestimmt. Hierbei kann es sich z. B. um folgende Typen von zweiten Frequenzverschiebungen handeln:

(1) Änderung der Mittenfrequenz F_M des Zwischenfrequenzfilters 24,
(2) Änderung der Auflösungsbandbreite ΔF_ZF des Zwischenfrequenzfilters 24,
(3) Frequenzverschiebung der Mischerfrequenz des für das Herabmischen des Generatorsignals verantwortlichen Mischers 8 durch Änderung der Teilungsfaktoren n der Frequenzteiler 17 und 19 des zweiten Phasenregelkreis 10,
(4) Frequenzverschiebung der Mischerfrequenz F_LO des für das Herabmischen des analysierenden Meßsignals verantwortlichen Mischers 23 und
(5) Frequenzverschiebung der Spektrallinien der Störsignale durch periodisches Umschalten des Teilungsfaktors n der Frequenzteiler 12 und 14 des ersten Phasenregelkreises 9 zwischen zwei Teilungsfaktorwerten n₁ und n₂ symmetrisch zum Teilungsfaktorwert n₀, der im Mittel die Frequenz des hochfrequenten Generatorsignals am Ausgang des ersten Phasenregelkreises 9 festgelegt.

Beim Frequenzverschiebung-Typ gemäß (5) werden die jeweils zu verschiebenden Spektrallinien der Störsignale soweit aus der Auflösungsbandbreite ΔF_ZF des Zwischenfrequenzfilters 24 verschoben, daß sie gemäß 6 periodisch im positiven und negativen Abstand beispielsweise der fünffachen Auflösungsbandbreite ΔF_ZF des Zwischenfrequenzfilters 24 zur Mittenfrequenz F_M des Zwischenfrequenzfilters 24 zu liegen kommen und damit außerhalb des relevanten Auflösungsbereiches der Einheit 5 zur Durchfüh rung der Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse liegen.
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S40 wird der notwendige Frequenzhub der zweiten Frequenzverschiebung ermittelt. Im allgemeinen Anwendungsfall wird in Abhängigkeit der in Verfahrensschritt S10 ermittelten Frequenzen der Störsignalspektralanteile und der Auflösungsbandbreite ΔF_ZF des Zwischenfrequenzfilters 24 zur Mittenfrequenz F_M des Zwischenfrequenzfilters 24 ein derart großer Frequenzhub für die zweite Frequenzverschiebung bestimmt, daß die Störsignalspektralanteile in einem genügend weiten Frequenzabstand – beispielsweise fünffache Auflösungsbandbreite ΔF_ZF des Zwischenfrequenzfilters 24 – zur Mittenfrequenz F_M des Zwischenfrequenzfilters 24 zu liegen kommen.
Im bevorzugten Anwendungsfall wird der Frequenzhub der zweiten Frequenzverschiebung so gewählt, daß jede Spektrallinie des Störsignals in der zur ursprünglichen Spektralfrequenz der Spektrallinie des Störsignals nächstgelegenen Nullstelle der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters 24 zu liegen kommt. Da es sich bei der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters 24 gemäß 5 um eine einer Si-Funktion ähnlichen Übertragungsfunktion handelt, ist der maximal durchzuführende Frequenzhub der zweiten Frequenzverschiebung bei einer ursprünglichen Frequenzlage des Störsignalspektralanteils innerhalb der Auflösungsbandbreite ΔF_ZF des Zwischenfrequenzfilters 24 – in 5 beispielsweise f_M ± 0,5·ΔF_ZF = 1,28 GHz ± 120 Hz – auf den halben Abstand der beiden Nullstellen der Übertragungsfunktion beschränkt. Liegt ein Störsignalspektralanteil ursprünglich nicht in der "Hauptkeule", sondern in einer der "Nebenkeulen" der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters 24, so ist auch in diesem Fall durch eine zweite Frequenzverschiebung, mit der der Störsignalspektralanteil in der der "Nebenkeule" nächstgelegenen Nullstelle der einer Si-Funktion ähnlichen Übertragungsfunktion zu liegen kommt, eine Dämpfung des Störsignalspektralanteils möglich. Die Vorgehensweise bei aktiver – veränderlicher – Zwischenfrequenzbandbreite ΔF_ZF sowie bei Auftreten von Störsignalspektralanteilen im Spiegelfrequenzbereich, falls dieser nicht schon unterdrückt ist, ist analog zu behandeln.
Im letzten Verfahrensschritt S50 werden ausgehend von im vorhergehenden Verfahrensschritt S30 ausgewählten Frequenzverschiebung-Typ und im vorherigen Verfahrensschritt S40 bestimmten Frequenzhub der zweiten Frequenzverschiebung durch die Einheit 29 zur Ansteuerung der zweiten Frequenzverschiebungen die für die jeweilige zweite Frequenzverschiebung relevanten Parameter der jeweils anzusteuernden Funktionseinheiten der Meßeinrichtung 1 über die Signalleitungen 34 angesteuert. Der Zeitpunkt der zweiten Frequenzverschiebung erfolgt, wenn die jeweilige Spektrallinie des Störsignals aufgrund des Sweep-Vorgangs der Einheit 5 zur Durchführung der Spektrumanalyse in die Nähe der Auflösungsbandbreite ΔF_ZF des Zwischenfrequenzfilters 24 gelangt. Dieser Zeitpunkt wird von der Einheit 28 zur übergeordneten Ablaufsteuerung aus der Kenntnis der Frequenzlage der jeweiligen Spektrallinie des Störsignals bei einer bestimmten Sweep-Frequenz des Lokaloszillators 22, die von der Einheit 27 zur Identifizierung der Frequenzen der Spektralanteile der Störsignale im Verfahrensschritt S10 ermittelt wird, und der aktuellen über die Signalleitung 32 erfassten Sweep-Frequenz F_LO des Lokaloszillators 22 ermittelt und zeitsynchron der Einheit 29 zur Ansteuerung der zweiten Frequenzverschiebungen mitgeteilt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können zusätzliche, hier nicht dargestellte Frequenzverschiebungs-Typen der zweiten Frequenzverschiebung im Rahmen der Erfindung Berücksichtigung finden, welche bei anderen, hier nicht besprochenen Störquellen für Störsignale in Meßeinrichtungen zur Spektrumanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen Anwendung finden.

Claims

Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung (1) zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse eines elektronischen Hochfrequenzsignals innerhalb eines Frequenzbereichs, welches eine erste Frequenzverschiebung mittels eines Mischer (23) durchführt, wobei durch die erste Frequenzverschiebung das Spektrum des elektronischen Hochfrequenzsignals sukzessive innerhalb der Auflösebandbreite (ΔF_ZF) eines Zwischenfrequenzfilters (24) der Meßeinrichtung (1) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zweite Frequenzverschiebung jede Spektrallinie von in der Meßeinrichtung (1) erzeugten Störsignalen aus der Auflösebandbreite (ΔF_ZF) des Zwischenfrequenzfilters (24) verschoben wird.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Frequenzverschiebung durch eine Frequenzverschiebung der Mittenfrequenz (F_M) des Zwischenfrequenzfilters (24) erfolgt.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Frequenzverschiebung durch eine Frequenzverschiebung der Mischerfrequenz (F_LO) des Mischers (23) zur ersten Frequenzverschiebung des elektronischen Hochfrequenzsignals erfolgt.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Frequenzverschiebung durch eine Frequenzverschiebung der Spektrallinie des Störsignals mittels periodischen Umschaltens zwischen zwei Teilungsfaktoren (n₁ und n₂) eines Frequenzteiler (12, 14) in einem ersten Phasenregelkreises (9) der Meßeinrichtung (1) erfolgt.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilungsfaktoren (n₁ und n₂) symmetrisch zu einem Teilungsfaktor (n₀) des Frequenzteilers (12, 14) sind, der zur Frequenz eines im ersten Phasenregelkreis (9) erzeugten hochfrequenten Generatorsignals korrespondiert.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Frequenzverschiebung durch eine Erhöhung der Auflösebandbreite (ΔF_ZF) des Zwischenfrequenzfilters (24) erfolgt.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Frequenzverschiebung durch eine Frequenzverschiebung der Mischerfrequenz eines Mischers (8) zum Herabmischen eines in der Meßeinrichtung (1) erzeugten, hochfrequenten Generatorsignals erfolgt.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zweite Frequenzverschiebung jede Spektrallinie von in der Meßeinrichtung (1) erzeugten Störsignalen an einer Spektralfrequenz mit einer Nullstelle der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters (24) zu liegen kommt.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spektrallinie von in der Meßeinrichtung (1) erzeugten Störsignalen durch die zweite Frequenzverschiebung zur Spektralfrequenz der nächstliegenden Nullstelle der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters (24) gelangt.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Frequenzverschiebung eine Identifizierung der Frequenzen der Spektrallinien der Störsignale, eine Bestimmung der Störquelle der Störsignale und eine Auswahl einer geeigneten zweiten Frequenzverschiebung aus den zweiten Frequenzverschiebungen vorausgeht.
Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung (1) zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse eines elektronischen Hochfrequenzsignals innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs, welches durch eine erste Frequenzverschiebung mittels eines Mischer (23) der Meßeinrichtung (1) sukzessive in die Auflösebandbreite (ΔF_ZF) eines Zwischenfrequenzfilters (24) der Meßeinrichtung (1) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einheit (29) zur Steuerung einer zweiten Frequenzverschiebung enthält.
Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zusätzlich eine Einheit (27) zur Identifizierung der Frequenzen der Spektrallinien der Störsignale, die innerhalb der Meßeinrichtung (1) erzeugt werden, und eine Einheit (28) zur übergeordneten Ablaufsteuerung enthält.