DE102004050912B4

DE102004050912B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse

Info

Publication number: DE102004050912B4
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: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: DE102004050912A1; US7313492B2; US20050222788A1; JP2005292147A

Abstract

Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung (1) zur Spektrumsanalyse eines Hochfrequenzsignals und/oder zur Netzwerkanalyse innerhalb eines Frequenzbereichs, welches eine erste Frequenzverschiebung mittels eines Mischers (23) durchführt,
wobei durch die erste Frequenzverschiebung das Spektrum des Hochfrequenzsignals sukzessive innerhalb der Auflösebandbreite (ΔF_ZF) eines Zwischenfrequenzfilters (24) der Meßeinrichtung (1) abgebildet wird,
wobei Spektrallinien von in der Meßeinrichtung (1) erzeugten Störsignalen durch periodisches Umschalten zwischen zwei Teilungsfaktoren (n₁ und n₂) eines Frequenzteilers (12, 14) in einem ersten Phasenregelkreises (9) der Meßeinrichtung (1) unterdrückt werden, indem die Spektrallinien der von in der Meßeinrichtung (1) erzeugten Störsignale an einer Spektralfrequenz mit einer Nullstelle der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters (24) zu liegen kommen.

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 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.
Aus der DE 195 42 247 C2 ist ein Spektrumanalysator mit einer Vorrichtung zum Eliminieren von Spiegelfrequenzen bekannt. Dieser Spektrumanalysator weist eine Wobbelfrequenz-Verschiebungssteuerung auf, durch die bei der Frequenzabtastung des lokalen Signals alternierend eine erste Abtastung ohne Frequenzverschiebung und eine zweite Abtastung mit Frequenzverschiebung durchgeführt wird.
In der DE 40 08 143 C2 ist ein Frequenzwobbel-Spektrumanalysator offenbart, der nach dem Superheterodyn-Prinzip arbeitet und über eine erste und zweite Frequenzverschiebung einerseits das zu analysierende Frequenzspektrum sweept und andererseits Störsignal-Spektrallinien zumindest teilweise aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilter verschiebt. Nachteilig an dieser Anordnung ist die fehlende funktionale Aufgabenverteilung des Sweepens auf die Einheit zur ersten Frequenzverschiebung und der Störsignal-Spektrallinienverschiebung auf die Einheit zur zweiten Frequenzverschiebung. Somit ist durch die DE 40 08 143 C2 lediglich eine Frequenzverschiebung von Störsignal-Spektrallinien, die aus einer nichtlinearen Verzerrung im Mischer hervorgehen, gelöst, während Spektrallinien von anderen im Spektrumanalysator erzeugten Störsignaltypen durch eine derartige Vorrichtung nicht aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilter beseitigt werden können.
In der DE 31 14 421 A1 wird ein Echtzeit-Spektrum-Analysator mit einem Zwischenfrequenzfilter offenbart, dessen Bandbreite und Mittenfrequenz einstellbar ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für Messeinrichtungen zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von Hochfrequenzsignalen zu schaffen, mit dem in der Messeinrichtung erzeugte Störsignal-Spektralanteile – insbesondere Störsignal-Spektralanteile von Hochfrequenzsignalen von in der Messeinrichtung erzeugten Referenzfrequenzen, Taktfrequenzen und Netzfrequenzen, die in die Signalpfade des Messsignals, des Generatorsignals oder des Trägersignals eingekoppelt werden – 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 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 Hochfrequenzsignals mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß werden Spektralanteile von Störsignalen, die vollkommen unabhängig von der Mischerfrequenz F_LO des Mischersignal an einer bestimmten Frequenz F_Zi fixiert sind, beispielsweise Hochfrequenzsignale von in der Messeinrichtung erzeugten Referenzfrequenzen, Taktfrequenzen und Netzfrequenzen, die in die Signalpfade des Messsignals, des Generatorsignals oder des Trägersignals eingekoppelt werden, durch temporäre Änderung des Teilungsfaktors von in den Signalpfaden integrierten Frequenzteilern hinsichtlich ihrer Frequenz geändert, sodass sie in Nullstellen der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters zu liegen kommen.
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.
Die Frequenzverschiebung der Störsignalspektrallinien erfolgt 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).
Zusätzlich können die Spektralanteile von Störsignalen durch Frequenzverschiebung der Mischerfrequenz F_LO des Mischersignals relativ zur ersten Frequenzverschiebung des Hochfrequenzsignals oder der Mittelfrequenz F_M des Zwischenfrequenzfilters vergleichsweise einfach aus der Auflösebandbreite des Zwischenfrequenzfilters verschoben werden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Messgenauigkeit einer Messeinrichtung zur Spektral- und/oder Netzwerkanalyse eines 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 Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Messgenauigkeit einer Messeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse von elektronischen Hochfrequenzsignalen,
4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 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 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 Phasenregelkreis 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 Frequenzoszil lator 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 Vorrichtung zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Messgenauigkeit einer Messeinrichtung zur Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse eines 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 Typ der weiteren Frequenzverschiebung auswählt, den Frequenzhub der weiteren Frequenzverschiebung und den richtigen Zeitpunkt für die weitere Frequenzverschiebung ermittelt.
Zur Ermittlung des richtigen Zeitpunkts der weiteren Frequenzverschiebung erfasst die Einheit 28 zur übergeordneten Ablaufsteuerung über die Signalleitung 32 die aktuelle Frequenz des Mischersignals am Ausgang des Lokaloszillators 22. Der jeweilige Typ der weiteren Frequenzverschiebung, der jeweilige Frequenzhub der weiteren Frequenzverschiebung und der richtige Zeitpunkt zur weiteren Frequenzverschiebung wird der Einheit 29 zur Ansteuerung der weiteren 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 Typ der weiteren 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 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 identifizierten Störsignale auf die Störquellen der Störsignale geschlossen wird.
Auf der Basis der Ergebnisse des Verfahrensschritts S20 wird im darauffolgenden Verfahrensschritt S30 der Typ der weiteren 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) 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,
(3) Frequenzverschiebung der Mischerfrequenz F_LO des für das Herabmischen des analysierenden Messsignals verantwortlichen Mischers 23 und
(4) 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 (4) 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 Durchführung der Spektrum- und/oder Netzwerkanalyse liegen.
Im darauffolgenden Verfahrensschritt S40 wird der notwendige Frequenzhub der weiteren 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 weitere 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 weiteren 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 weiteren 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 weitere 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 Typ der weiteren Frequenzverschiebung und im vorherigen Verfahrensschritt S40 bestimmten Frequenzhub der weiteren Frequenzverschiebung durch die Einheit 29 zur Ansteuerung der weiteren Frequenzverschiebungen die für die jeweilige zweite Frequenzverschiebung relevanten Parameter der jeweils anzusteuernden Funktionseinheiten der Messeinrichtung 1 über die Signalleitungen 34 angesteuert. Der Zeitpunkt der weiteren 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 weiteren Frequenzverschiebungen mitgeteilt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können zusätzliche, hier nicht dargestellte Frequenzverschiebungs-Typen der weiteren 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 Spektrumsanalyse eines Hochfrequenzsignals und/oder zur Netzwerkanalyse innerhalb eines Frequenzbereichs, welches eine erste Frequenzverschiebung mittels eines Mischers (23) durchführt, wobei durch die erste Frequenzverschiebung das Spektrum des Hochfrequenzsignals sukzessive innerhalb der Auflösebandbreite (ΔF_ZF) eines Zwischenfrequenzfilters (24) der Meßeinrichtung (1) abgebildet wird, wobei Spektrallinien von in der Meßeinrichtung (1) erzeugten Störsignalen durch periodisches Umschalten zwischen zwei Teilungsfaktoren (n₁ und n₂) eines Frequenzteilers (12, 14) in einem ersten Phasenregelkreises (9) der Meßeinrichtung (1) unterdrückt werden, indem die Spektrallinien der von in der Meßeinrichtung (1) erzeugten Störsignale an einer Spektralfrequenz mit einer Nullstelle der Übertragungsfunktion des Zwischenfrequenzfilters (24) zu liegen kommen.
Verfahren zur Erhöhung des Dynamikbereichs und der Meßgenauigkeit einer Meßeinrichtung zur Spektrums- und/oder Netzwerkanalyse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 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 eine Frequenzverschiebung der Mischfrequenz (F_LO) des Mischers (23) relativ zur ersten Frequenzverschiebung des 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 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.