DE102005017217A1

DE102005017217A1 - Verfahren und Apparatur zur Messung von Phasenrauschen

Info

Publication number: DE102005017217A1
Application number: DE102005017217A
Authority: DE
Inventors: Masaki Kobe Bessho; Hiroaki Kobe Ugawa
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2005-11-24
Also published as: US20050238094A1; JP2005308511A; US20070225927A1

Abstract

Ein Verfahren zum Messen des Phasenrauschens von zu prüfenden Signalen durch: DOLLAR A das Erzeugen von ersten Phasensignalen, die die Phase der zu prüfenden Signale darstellen, mit ersten lokalen Signalen, die unter Bezug auf erste Bezugssignale erzeugt werden; DOLLAR A das Erzeugen von zweiten Phasensignalen, die die Phase der zu prüfenden Signale darstellen, mit zweiten lokalen Signalen, die unter Bezug auf zweite Bezugssignale erzeugt werden, deren Frequenz sich von der der ersten Bezugssignale unterscheidet; und DOLLAR A Finden der Kreuzkorrelation oder des Kreuzspektrums zwischen den ersten Phasensignalen und den zweiten Phasensignalen. Die erfindungsgemäße Apparatur misst das Phasenrauschen der zu prüfenden Signale mit diesem Verfahren.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Apparatur und ein Verfahren zum Messen des Phasenrauschens von Signalen und insbesondere ein Verfahren und eine Apparatur zum Messen von Phasenrauschen mittels Kreuzkorrelation.

2. Diskussion des Standes der Technik

Im Inneren von herkömmlichen Apparaturen zum Messen des Phasenrauschens gibt es Quellen für Phasenrauschen, und es gibt Grenzen für die Genauigkeit der Messung von Phasenrauschen. Herkömmliche Apparaturen zum Messen von Phasenrauschen werden aus Teilen mit niedrigen Phasenrauscheigenschaften konstruiert, damit die Auswirkungen dieses internen Phasenrauschens auf die Messergebnisse abgeschwächt werden. Darüber hinaus wird das Phasenrauschen, das im Inneren der Apparatur zum Messen des Phasenrauschens erzeugt wird, als Fehlerbestandteil vorbestimmt, und die Messergebnisse werden mit dieser Fehlerkomponente korrigiert (beispielsweise siehe ungeprüfte JP-Patent-Veröffentlichung (Kokai) Nr. 2003-287 555 (Seite 2, 4 und 5)).

Es gibt jedoch mehrere Probleme mit der vorstehend genannten Apparatur zur Messung von Phasenrauschen. Erstens können die notwendigen Phasenrauschen-Eigenschaften mit herkömmlichen Apparaturen zum Messen des Phasenrauschens nicht verwirklicht werden. Der niedrigste messbare Rauschpegel, der zur Messung von Phasenrauschen nötig ist, nimmt jedes Jahr ab. Heutzutage ist beispielsweise die erforderliche Phasenrauschen-Eigenschaft 135 dBc/Hz (bei 10 kHz Offset und 1 GHz Träger). Wird jedoch eine Apparatur zum Messen von Phasenrauschen mit Teilen mit einer niedrigen Phasenrauschen-Eigenschaft konstruiert, geht immer noch ein Rauschen von diesen Teilen aus; daher ist die Verbesserung der Leistung der Apparatur zum Messen von Phasenrauschen eingeschränkt. Selbst wenn die Messergebnisse mit vorher bestimmten Phasenrauschen-Komponenten korrigiert werden, ist es nicht möglich die im Inneren der Apparatur zum Messen von Phasenrauschen erzeugte Phasenrauschen-Komponente vollständig zu beseitigen.

Wenn außerdem eine herkömmliche Apparatur zum Messen von Phasenrauschen die zu prüfenden Signale mehrmals verarbeitet, bevor das Phasenrauschen gemessen wird, kann die Wirkung des durch diese Signalverarbeitung erzeugten Phasenrauschens auf die Messergebnisse nicht eliminiert werden. Wenn beispielsweise ein Abwärts-Wandler vor der Apparatur zum Messen von Phasenrauschen zugefügt wird, um den Messfrequenzbereich zu vergrößern, misst die Apparatur zum Messen von Phasenrauschen das Phasenrauschen der zu prüfenden Signale, sowie das Phasenrauschen des Abwärtswandlers. Das gleiche gilt, wenn ein Verstärker vor der Apparatur zum Messen von Phasenrauschen zugefügt wird, um die Empfindlichkeit zu verbessern. Das gleiche gilt auch, wenn diese zusätzlichen Apparate oder Stromkreise vor dem Teil zum Erfassen des Phasenrauschens im Inneren der Apparatur zum Messen von Phasenrauschen eingebaut sind. Es ist oft schwierig, das durch diese zusätzlichen Geräte und Stromkreise erzeugte Phasenrauschen zu bestimmen. Folglich müssen diese zusätzlichen Geräte und Stromkreise aus Komponenten mit kleinen Phasenrauschen-Eigenschaften hergestellt werden, um die Wirkung der zusätzlichen Geräte und Stromkreise auf die Messergebnisse zu verringern.

Es folgen einige der herkömmlichen Maßnahmen, die zum Senken des Phasenrauschens ergriffen wurden. D.h. teure Komponenten mit kleinen Phasenrauschen-Eigenschaften werden verwendet, um das Rauschen jedes Teils einer Apparatur zu verringern; ein PLL wird vervielfacht, um die Wirkung des PLL auf das Rauschen zu streuen und das Rauschen zu verringern; mehrfache Austausche werden vorgenommen, um die optimale Apparaturstruktur in Übereinstimmung mit der Frequenz zusammenzubauen. Diese Maßnahmen steigern die Gesamtproduktionskosten und wirken der gewünschten Reduktion der Produktionskosten entgegen. Heutzutage besteht darüber hinaus ein Bedarf an solchen niedrigen Phasenrauschen-Eigenschaften, die nicht erreicht werden können, selbst wenn die vorstehend genannten Maßnahmen zum Einsatz kommen; und in solchen Fällen werden die erforderlichen Eigenschaften entsprechend nicht verbessert, selbst wenn die Produktionskosten erhöht werden.

Eine Aufgabe der Erfindung ist daher die Lösung der vorstehend genannten Probleme und die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Apparatur zum Messen von Phasenrauschen, das niedriger ist als es in der Vergangenheit möglich war. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Apparatur, mit denen von Signalen über einen relativ breiten Frequenzbereich das Phasenrauschen gemessen werden kann, das niedriger ist, als in der Vergangenheit möglich war.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Verfahren zur Messung des Phasenrauschens von zu prüfenden Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen Schritt zur Erzeugung erster Phasensignale, welche die Phase dieser zu prüfenden Signale darstellen; einen Schritt zur Erzeugung zweiter Phasensignale, welche die Phase dieser zu prüfenden Signale darstellen; einen Schritt zum Finden mindestens einer festgelegten Anzahl von Kreuzspektren zwischen den ersten Phasensignalen und den zweiten Phasensignalen; und einen Schritt zum Finden des Durchschnitts für diese vorbestimmte Anzahl der Kreuzspektren.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Messen des Phasenrauschens von zu prüfenden Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen Schritt zur Erzeugung erster Zwischensignale aus den zu prüfenden Signalen unter Verwendung eines ersten Signalprozessors; einen Schritt zur Erzeugung zweiter Zwischensignale aus den zu prüfenden Signalen unter Verwendung eines zweiten Signalprozessors, der von dem ersten Signalprozessor getrennt ist; einen Schritt zur Erzeugung erster Phasensignale, welche die Phase der ersten Zwischensignale darstellen; einen Schritt zur Erzeugung zweiter Phasensignale, welche die Phase dieser zweiten Zwischensignale darstellen; einen Schritt zum Finden mindestens einer vorher bestimmten Anzahl von Kreuzspektren zwischen den ersten Phasensignalen und den zweiten Phasensignalen; und einen Schritt zum Finden des Durchschnitts für diese vorher bestimmte Anzahl von Kreuzspektren.

Die vorliegende Erfindung betrifft noch weiter ein Verfahren zur Messung des Phasenrauschens von zu prüfenden Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen Schritt zur Erzeugung erster Phasensignale, welche die Phase von zu prüfenden Signalen darstellen, unter Verwendung erster lokaler Signale, die in Bezug zu ersten Bezugssignalen erzeugt werden; einen Schritt zur Erzeugung zweiter Phasensignale, welche die Phase der zu prüfenden Signale darstellen, unter Verwendung zweiter lokaler Signale, die unter Bezug auf zweite Bezugssignale erzeugt werden, deren Frequenz sich von der der ersten Bezugssignale unterscheidet; und einen Schritt zum Finden des Kreuzspektrums zwischen den ersten Phasensignalen und den zweiten Phasensignalen.

Eine Apparatur zum Messen des Phasenrauschens von zu prüfenden Signalen durch Korrelations- oder durch Kreuzspektren-Verarbeitung von mindestens zwei Phasensignalen, die aus den zu prüfenden Signalen erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Verteiler zum Verteilen der gemessenen Signale in mindestens zwei Teile; einen ersten Phasendetektor; einen zweiten Phasendetektor; ein erstes Paar Anschlüsse zum Öffnen eines Verbindungsstromkreises zwischen dem Verteiler und dem ersten Phasendetektor und ein zweites Paar Anschlüsse zum Öffnen eines Verbindungsstromkreises zwischen dem Verteiler und dem zweiten Phasendetektor umfasst, und dadurch, dass das erste Paar Anschlüsse und das zweite Paar Anschlüsse entweder beide kurzgeschlossen oder beide mit verschiedenen externen Signalprozessoren verbunden sind.

Eine Apparatur zum Messen des Phasenrauschens von zu prüfenden Signalen, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten Phasendetektor zum Nachweisen der Phase von ersten verteilten Signalen, die von den zu prüfenden Signalen verteilt wurden; einen zweiten Phasendetektor, der von dem ersten Phasendetektor getrennt ist, zum Nachweisen der Phase von zweiten verteilten Signalen, die von den zu prüfenden Signalen verteilt wurden; und eine Mehrzahl von Kreuzspektren-Generatoren mit verschiedenen zugeordneten Frequenzbändern umfasst, und dadurch, dass diese Kreuzspektren-Gneratoren das Kreuzspektrum zwischen den Ausgangssignalen des ersten Phasendetektors und den Ausgangssignalen des zweiten Phasendetektors bei den zugeordneten Frequenzbändern, finden; wobei jeder dieser Kreuzspektren-Generatoren das Kreuzspektrum zwischen den Ausgangssignalen des ersten Phasendetektors und den Ausgangssignalen des zweiten Phasendetektors innerhalb der gleichen Zeit wiederholt findet, und wenn zwei oder mehrere dieser Kreuzspektren innerhalb dieser Zeit gefunden worden sind, eine Vektormittlung in Bezug auf die Zeit an diesen zwei oder mehreren sich ergebenden Kreuzspektren durchgeführt wird.

Verfahren zum Kartieren eines Spektrums, das von zu prüfenden Signalen erhalten wurde und das Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand, in einer Messvorrichtung, umfassend einen Schritt zur Auswahl des Spektrums, das in einen festgelegten Frequenzbereich von Frequenzen mit logarithmischem Abstand aus dem Spektrum fällt, das den Frequenzen mit linearem Abstand entspricht und Vektormittlung über das gewählte Spektrum.

Messapparatur, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spektrum entsprechend der Frequenzen mit logarithmischem Abstand durch eines der vorstehend offenbarten Verfahren erzeugt wird. Das Phasenrauschen wird erfindungsgemäß durch Korrelations- oder Kreuzspektrenverarbeitung gemessen; daher kann man ein niedrigeres Phasenrauschen als in der Vergangenheit messen.

Die Frequenz-Mittlung wird darüber hinaus auf einem Kreuzspektrum durchgeführt, daher kann ein schwächeres Phasenrauschen gemessen werden.

Die vorstehend genannte Korrelations- oder Kreuzspektrenverarbeitung erfolgt erfindungsgemäß in einer Mehrzahl von Verarbeitungsblöcken; daher kann die Anzahl der Male, in denen das Verarbeiten je Zeiteinheit durchgeführt wird, für jeden Verarbeitungsblock erhöht werden, und man kann ein niedrigeres Phasenrauschen messen als bei der einmaligen Durchführung der Korrelations- oder Kreuzspektren-Verarbeitung.

Wird das Phasenrauschen erfindungsgemäß mittels Korrelations- oder Kreuzspektrenverarbeitung gemessen, unterscheidet sich die Frequenz des Bezugssignalquelle von den anderen Signalquellen, die an den Messungen teilnehmen; daher kann man die Störwirkung dieser Signalquelle auf die Messwerte des Phasenrauschens reduzieren.

Wird das Phasenrauschen erfindungsgemäß mittels Korrelations- oder Kreuzspektrenverarbeitung gemessen, werden die zu prüfenden Signale verteilt, und jedes der verteilten zu prüfenden Signale wird durch einen anderen Signalprozessor verarbeitet; daher kann die Wirkung dieses Signalprozessors auf den Messwert des Phasenrauschens reduziert werden. Die Auswirkung der vorliegende Erfindung ist offensichtlich, wenn beispielsweise der Signalprozessor ein Frequenzwandler mit einer Signalquelle ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Korrelationsvorrichtung 150 zeigt.
3 ist eine Zeichnung Mittlungsergebnisse.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Apparatur 1000 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Apparatur 2000 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Apparatur 3000 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Apparatur 4000 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt.
9 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Apparatur 700 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt.
10 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der Apparatur 800 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt.
11 ist ein Blockdiagramm, das die Apparatur 900 zum Messen von Phasenrauschen zeigt.
12 ist eine Zeichnung, das die Mittlungsergebnisse zeigt.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, wenn nötig, beschrieben. Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen. Ein Blockdiagramm, das die Struktur der Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen zeigt, ist in 1 dargestellt. Ein zu prüfendes Gerät 10 und eine Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen sind in 1 gezeigt.
Das zu prüfende Gerät gibt zu prüfende Signale V aus, die der Gegenstand der Phasenrauschen-Messung sind. Das zu prüfende Gerät 10 ist eine Signalquelle oder ein Teil, eine Apparatur oder ein System, das Signale verwendet.
Die Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen wird wie nachstehend beschrieben aufgebaut. D.h. die Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen besteht aus einem Eingangsanschluss 110, einem Verteiler 120, einem PLL-Block 130, der ein Beispiel für eine Phasennachweisvorrichtung ist, einem PLL-Block 140, der ein Beispiel für eine Phasennachweisvorrichtung ist, einer Korrelationsvorrichtung 150, einer Mittlungsvorrichtung 160 und einer Ausgangsvorrichtung 170. Der Eingangsanschluss 110 ist ein Anschluss zum Empfangen von zu prüfenden Signalen V. Der Verteiler 120 ist eine Vorrichtung, die zu prüfende Signale V verteilt, die am Eingangsanschluss 110 empfangen wurden, und die diese an den PLL-Block 130 und den PLL-Block 140 ausgibt. Der PLL-Block 130 ist eine Vorrichtung, die die Phase von Signalen V_a, die vom Verteiler 120 verteilt wurden, erfasst. Der PLL-Block 130 besteht aus einem Mischer 131, einem Filter 132 und einer Signalquelle 133. Die verteilten Signale V_a und die Ausgangssignale der Signalquelle 133 werden in den Mischer 131 eingegeben, und der Mischer gibt den Phasenunterschied zwischen diesen Signalen aus. Das Filter 132 ist ein Schleifenfilter, das die Bandbreite des PLL beschränkt. Die Signalquelle 133 ist eine Signalquelle, die die Frequenz und die Phase der Ausgangssignale in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen des Filters 132 kontrolliert. Der PLL-Block 140 ist eine Vorrichtung, die die Phase von Signalen V_b, die vom Verteiler 120 verteilt wurden, nachweist. Der PLL-Block 140 besitzt einen. Mischer 141, ein Filter 142 und eine Signalquelle 143. Die verteilten Signale V_b und die Ausgangssignale der Signalquelle 143 werden in den Mischer 141 eingegeben, der den Phasenunterschied zwischen diesen Signalen ausgibt. Das Filter 142 ist ein Schleifenfilter, das die Bandbreite des PLL beschränkt. Die Signalquelle 143 ist eine Signalquelle, die die Frequenz und die Phase der Ausgangssignale in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen des Filters 142 kontrolliert. Die Korrelationsvorrichtung 150 ist eine Vorrichtung, die das Kreuzspektrum zwischen den Phasensignalen a(t), die die Ausgangssignale des PLL-Blocks 130 sind, und den Phasensignalen b(t), die die Ausgangssignale des PLL-Blocks 140 sind, findet. Die Korrelationsvorrichtung 150 wird anhand von 2 detailliert beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Korrelationsvorrichtung 150 zeigt. Die Korrelationsvorrichtung 150 in 2 hat einen Analog-Digital-Wandler 151a, einen Speicher 152a, eine schnelle Fourier-Transformationsvorrichtung 153a, die ein Beispiel für eine Spektrumanalysevorrichtung ist, einen Analog-Digital-Wandler 151b, einen Speicher 152b, eine schnelle Fourier-Transformationsvorrichtung 153b, die ein Beispiel für eine Spektrumanalysevorrichtung ist, und einen Multiplier 154. Im Folgenden wird der Analog-Digital-Wandler als ADC bezeichnet und die schnelle Fourier-Transformationsvorrichtung als FFT. FFT wird in manchen Fällen auch als Abkürzung für die schnelle Fourier-Transformation verwendet. Der ADC 151a ist eine Vorrichtung, die eine Analog-Digital-Wandlung der Phasensignale a(t) durchführt. Der Speicher 152a ist eine Vorrichtung, die die digitalisierten Phasensignale a(t) speichert, die die Ergebnisse der Wandlung durch den ADC 151a sind. FFT 153a führt Fourier-Transformationen der Phasensignale a(t) durch, die im Speicher 152a gespeichert sind. Außerdem wird eine Komponente A(f) mit einer Nyquist-Frequenz von (fs/2) oder weniger aus den Ergebnissen der Fourier-Transformationen der Phasensignale a(t) an den Multiplier 154 ausgegeben. Der ADC 151b ist die Vorrichtung, die eine Analog-Digital-Wandlung der Phasensignale b(t) durchführt. Es sollte beachtet werden, dass ADC 151a und ADC 151b die gleiche Wandlungsverarbeitungsgeschwindigkeit fs (samples/second) besitzen. Der Speicher 152b ist die Vorrichtung, die die digitalisierten Phasensignale b(t) speichert, die die Ergebnisse der Wandlung durch den ADC 151b sind. FFT 153b führt Fourier-Transformationen der Phasensignale b(t) durch, die im Speicher 152b gespeichert sind. Außerdem wird eine Komponente B(f) mit einer Nyquist-Frequenz von fs/2 oder weniger aus den Ergebnissen der Fourier-Transformation der Phasensignale b(t) an den Multiplier 154 ausgegeben. FFT 153a und FFT 153b haben die gleiche Anzahl von Punkten. Der Multiplier 154 führt an dem Fourier-Transformationsergebnis A(f) und dem Fourier-Transformationsergebnis B(f) die Verarbeitung durch, die durch die folgende Formel dargestellt wird,.
[Mathematische Formel 1]
S_ab(f) ist das Kreuzspektrum zwischen a(t) und b(t). Ein Stern zeigt die Komplexkonjugation an.
S_ab(f), das Verarbeitungsergebnis des Multipliers 154, wird an die Mittlungsvorrichtung 160 ausgegeben.
Siehe wiederum 1. Die Mittlungsvorrichtung 160 führt an den Verarbeitungsergebnissen S_ab(f) die Mittlung, die durch die folgende Formel dargestellt wird, durch.
[Mathematische Formel 2]
N ist eine ganze Zahl von 1 oder größer. S_ab(k,f) ist ein Kreuzspektrum S_ab(f), das nach einer Anzahl von k Wiederholungen erhalten wird. Wie zuvor erwähnt, wird die Mittlung einer Mehrzahl von komplexen Zahlen getrennt als reale Zahlenanteile und imaginäre Zahlenanteile in der vorliegenden Beschreibung als "Vektormittlung" bezeichnet. Im Gegensatz dazu bezeichnet man die Mittlung der Amplitude (absolute Zahl) oder der Potenz (Quadrat der absoluten Zahl) einer Mehrzahl von komplexen Zahlen als "skalare Mittlung". Die "Durchschnitts"- funktion in üblichen Messapparaturen verwendet skalare Mittlung.
Die Ausgangsvorrichtung 170 ist eine Flüssigkristallanzeige oder eine andere Vorrichtung, die das Verarbeitungsergebnis AS_ab(f) der Mittlungsvorrichtung 160 (nicht dargestellt) anzeigt, ein Drucker oder eine andere Druckvorrichtung, die die Ergebnisse anzeigt (nicht gezeigt), oder eine Vorrichtung, die die Ergebnisse an eine LAN-Schnittstelle oder eine andere Kommunikationsvorrichtung (nicht veranschaulicht) ausgibt.
Die Theorie hinter der Phasenrauschen-Messung unter Verwendung von Korrelation oder Kreuzspektrum-Verarbeitung wird nachstehend beschrieben. Erstens beträgt die Phase der zu prüfenden Signale V φ(t), die Phase der Ausgangssignale der Signalquelle 133 ist φa(t) und die Phase der Ausgangssignale der Signalquelle 143 ist φb(t). Die Phasensignale a(t) and b(t) zu diesem Zeitpunkt werden durch die folgenden Formeln dargestellt.
[Mathematische Formel 3]

a(t)∝[Φ(t) – Φa(t)] (3)

[Mathematische Formel 4]

b(t)∝[Φ(t) – Φb(t)] (4)

Außerdem wird die Korrelation C_ab(τ) zwischen den Phasensignalen a(t) und b(t) durch die folgende Formel dargestellt.
[Mathematische Formel 5]
Das Kreuzspektrum S_ab(f) der Phasensignale a(t) und b(t) wird durch Fourier-Transformation der Korrelation C_ab(τ), die durch Formel (5) dargestellt wird, erhalten. Das einseitige Spektrum des Kreuzspektrums S_ab(f) wird durch folgende Formel dargestellt.
[Mathematische Formel 6]
[Mathematische Formel 7]

Sab(f) = 0 (f < 0) (7)

Die folgenden Formeln werden unter der Annahme erhalten, dass die Phase φ(t) der zu prüfenden Signale V, die Phase φ_a(t) der Ausgangssignale der Signalquelle 133 und die Phase φ_b(t) der Ausgangssignale 143 jeweils unabhängig sind.
[Mathematische Formel 8]
[Mathematische Formel 9]
C_φφ(t) ist die Autokorrelation von φ(t). C_φaφb(t) ist die Korrelation zwischen φ_a(t) und φ_b(t). C_φφa(t) ist die Korrelation zwischen φ(t) und φ_a(t). C_φφb(t) ist die Korrelation zwischen φ(t) und φb(t).
Ferner ist S_φ(f) das Spektrum von φ(t). S_φaφb(f) ist das Kreuzspektrum zwischen φ_a(t) und φ_b(t). S_φφa(t) ist das Kreuzspektrum zwischen φ(t) und φ_a(t). S_φφb(t) ist das Kreuzspektrum zwischen φ(t) und φb(t).
Die Korrelationskomponenten in den Formeln (8) und (9) nähern sich Null, wenn die obengenannten Integrationszeit T ansteigt, und die Formeln (8) und (9) können wie folgt dargestellt werden.
[Mathematische Formel 10]

Cab(τ) ∝ Cφφ(τ) (10)

[Mathematische Formel 11]

Sab(f) ∝ Sφ(f) (11)

Es gibt oft Fälle, in denen die Echtzeit-Korrelationsverarbeitung, die über einen langen Zeitraum integriert wird, schwierig wird oder viele Ressourcen notwendig werden. Mithilfe der vorliegenden Erfindung wird eine langzeitintegrierte Korrelation und eine äquivalente Verarbeitung durchgeführt, indem zwei oder mehrere Kreuzspektren zwischen den Phasensignalen a(t) und den Phasensignalen b(t) während eines begrenzten Zeitraums gefunden werden und eine Vektormittlung der erhaltenen zwei oder mehreren Kreuzspektren durchgeführt wird, um die Struktur des Geräts zu vereinfachen. Mit anderen Worten wird ein korreliertes Phasenrauschen erhalten, indem die schließlich erhaltenen Kreuzspektren in einen Zeitbereich umgewandelt werden.
Außerdem wird die theoretische Basis dafür festgelegt, wenn man die Schleifenbandbreite des PLL oder der Phasennachweisvorrichtung als Null betrachtet. Die Schleifenbandbreite von PLL-Block 130 oder PLL-Block 140 ist tatsächlich nicht Null. Folglich sind die durch PLL extrahierten Phasensignale eine bestimmte Komponente, die im Schleifenband des PLL unterdrückt wird. Beispielsweise wenn die Verstärkung des geöffneten Kreises von PLL-Block 130 und PLL-Schleife 140 10 dB beträgt, ist die Komponente des Phasensignals a(t) und des Phasensignals b(t) im Schleifenband von PLL-Block 130 und PLL-Block 140 um 10 dB kleiner als der ursprüngliche Wert. Um dieses Problem zu lösen, sind die Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen und die Apparatur zum Messen von Phasenrauschen einer anderen Ausführungsform, die später in diesem Patentdokument erläutert wird, derart, dass sie die Komponente im Schleifenband des PLL des Spektrums, das schließlich erhalten wird, kompensieren.
Die wie vorstehend beschrieben strukturierte Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen arbeitet wie folgt. Zuerst wird der PLL-Block 130 im Hinblick auf die verteilten Signale V_a phasenverriegelt. Ferner wird der PLL-Block 140 im Hinblick auf die verteilten Signale V_b phasenverriegelt. Somit werden die Phasensignale a(t), die die Phasenrauschen-Komponente der zu prüfenden Signale V sind, vom PLL-Block 130 ausgegeben. Außerdem werden die Phasensignale b(t), die die Phasenrauschen-Komponente der zu prüfenden Signale V sind, vom PLL-Block 140 ausgegeben. Die Korrelationsvorrichtung 150 findet nur eine spezifische Anzahl von Kreuzspektren zwischen den Phasensignalen a(t) und den Phasensignalen b(t). Die Mittlungsvorrichtung 160 bildet den Vektordurchschnitt von einem oder mehreren Kreuzspektren, die von der Korrelationsvorrichtung 150 erhalten werden. Die Phasenrauschen-Komponente φ_a(t), die von der Signalquelle 133 erzeugt wird, und die Phasenrauschen-Komponente φ_b(t), die von der Signalquelle 143 erzeugt wird, können sich Null annähern, wenn die Anzahl von Kreuzspektren, die der Mittlung unterliegen, zu diesem Zeitpunkt ansteigt. Wie vorstehend beschrieben, wird die Mittlung einer Mehrzahl von Spektren, die jeweils zu verschiedenen Zeitpunkten erhalten werden, in der vorliegenden Beschreibung als Zeit-Mittlung bezeichnet. Dagegen wird die Mittlung einer Mehrzahl von Komponenten mit verschiedenen entsprechenden Frequenzen im gleichen Spektrum in der vorliegenden Beschreibung als Frequenz-Mittlung bezeichnet.
Somit entspricht das obengenannte Kreuzspektrum Frequenzen mit linearem Abstand. Gewöhnlich wird jedoch mindestens die Frequenzachse im log-Maßstab dargestellt, wenn die Ergebnisse der Phasenrauschen Messung ausgegeben werden. Daher kartiert die Mittlungsvorrichtung 160 das Kreuzspektrum, das den Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand, wobei Frequenz-Vektomittlung verwendet wird. Ein Beispiel für dieses Verfahren ist nachstehend beschreiben
Zunächst beträgt die ADC-Wandlungsgeschwindigkeit 250 ksamples/second. Außerdem beträgt die Anzahl der FFT-Punkte 128. Die FFT-Punkte zu diesem Zeitpunkt sind in Tabelle 1 dargestellt. Nur die Punkte mit Nyquist-Frequenz oder niedriger sind mit der entsprechenden Frequenz in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Das Kreuzspektrum, das den in Tabelle 1 gezeigten Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, wird auf die in Tabelle 2 gezeigten Frequenzen mit logarithmischem Abstand abgebildet. Das Kreuzspektrum wird durch die 21 Frequenzpunkte mit logarithmischem Abstand zwischen 1 kHz und 100 kHz dargestellt.
Tabelle 2
Die Frequenzen, die den Anzeigepunkten entsprechen, sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Frequenzen, die den Mittelpunkten zwischen benachbarten Anzeigenpunkten entsprechen, sind als Grenzfrequenzen dargestellt. Mithilfe dieses Verfahrens wird ein zwischen diesen Grenzfrequenzen befindlicher Frequenzpunkt mit linearem Abstand ausgewählt, wobei man sich auf die Grenzfrequenzen auf jeder Seite jedes Anzeigepunkts bezieht. Vektormittlung wird an den Kreuzspektren durchgeührt, die den ausgewählten Frequenzpunkten entsprechen. Die Ergebnisse der Vektormittlung werden schließlich zu dem Kreuzspektrum von Anzeigepunkten mit linearem Abstand.
Beispielsweise wird das Kreuzspektrum der Anzeigepunkte der Zählung 14 wie nachstehend beschrieben erhalten. Zunächst werden die Grenzfrequenzen auf jeder Seite des Anzeigepunktes von Zählung 14 angegeben. Diese Frequenzen sind 22 387 Hz und 28 184 Hz. Als nächstes werden die FFT-Punkte, die zwischen diesen zwei Frequenzen eingeschlossen sind, aus Tabelle 1 gefunden. Die FFT-Punkte von Zählung 12 bis Zählung 14 werden gefunden. Als nächstes wird eine Vektormittlung der Kreuzspektren an den drei gefundenen FFT-Punkten durchgeführt. Ein durch Mittlung erhaltenes Kreuzspektrum ist das Kreuzspektrum des Anzeigepunktes von Zählung 14. In einem anderem Fall sind die Grenzfrequenzen auf jeder Seite des Anzeigepunktes von Zählung 4 2239 Hz und 2818 Hz. Die FFT-Punkte, die zwischen diesen beiden Frequenzen eingeschlossen sind, können jedoch nicht aus Tabelle 1 gefunden werden. In einem solchen Fall wird die Grenzfrequenz auf der Seite der hohen Frequenz jeweils um eins erhöht. Somit wird der FFT-Punkt von Zählung 2 [in Tabelle 1] gefunden, wenn die Grenzfrequenz auf der Seite der hohen Frequenz 4467 Hz beträgt. Wenn es einen FFT-Punkt gibt, sind der ursprüngliche Wert und der Mittelwert gleich. Also wird das Kreuzspektrum am FFT-Punkt von Zählung 2 zu dem unberührten Kreuzspektrum des Anzeigenpunktes von Zählung 4. Der Startpunkt und Endpunkt des auf die obige Weise gefundenen FFT-Punktes sind in Tabelle 2 gezeigt.
Wenn die Anzahl der FFT-Punkte 1024 beträgt, sind außerdem der Startpunkt und der Endpunkt der verwandten FFT-Punkte wie in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Wenn zwei oder mehr FFT-Punkte gefunden wurden, wird eine Frequenz-Vektormittlung durchgeführt. Die Phasenrauschen-Komponente φ_a(t), die von der Signalquelle 133 erzeugt wird, und die Phasenrauschen-Komponente φ_b(t), die von der Signalquelle 143 erzeugt wird, nähern sich bei einer Zunahme der Anzahl der Mittlungsobjekte noch mehr Null an.
Daher ist ein Graph, der die Ergebnisse der Mittlung zeigt, in 3 gezeigt. 3 ist das an einem log-log-Graph dargestellte Kreuzspektrum, wenn ideale zu prüfende Signale V, die völlig frei von Phasenrauschen sind, in die Vorrichtung 100 eingegeben werden. Die y-Achse des Graphs in 3 ist die Elektrizität und die x-Achse ist die Offset-Frequenz. Die Kurven in 3 sind der so genannte Rauschboden. Kurve A ist das Kreuzspektrum, wenn nur ein Kreuzspektrum gefunden wird und die obengenannte Frequenz-Vektormittlung nicht durchgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass die reale Kurve A eine Kurve ist, die mit zunehmender Frequenz leicht abfällt. In der vorliegenden Beschreibung wird jedoch angenommen, dass Kurve A eine horizontale Kurve ist, um die Beschreibung zu vereinfachen. Außerdem stellen die Kurven B und C den Unterschied von Kurve A dar. Kurve B ist das Kreuzspektrum, wenn das Kreuzspektrum eine Mehrzahl von Malen gefunden wird und Zeit-Vektormittlung an der erhaltenen Mehrzahl von Kreuzspektren durchgeführt wird. Es sollte beachtet werden, dass die obengenannte Frequenz-Vektormittlung nicht an Kurve B durchgeführt wird. Die Kurven C und D stellen das Kreuzspektrum dar, wenn das Kreuzspektrum eine Mehrzahl von Malen gefunden wird; und die Zeit-Vektormittlung sowie die Frequenz-Vektormittlung werden an der erhaltenen Mehrzahl von Kreuzspektren durchgeführt. Kurve C steht in Zusammenhang mit Tabelle 2. Kurve D steht in Zusammenhang mit Tabelle 3. Aus 3 wird deutlich, dass das interne Rauschen mit einer Zunahme der Anzahl an Mittlungsobjekten abnimmt.
Die oben beschriebene Frequenz-Vektormittlung kann durchgeführt werden, bevor oder nachdem die Zeit-Vektormittlung durch die Mittlungsvorrichtung 160 durchgeführt wird.
Mithilfe des vorstehend veranschaulichten Verfahrens wird ein Spektrum, das in einen vorbestimmten Frequenzbereich aus Frequenzen mit logarithmischem Abstand fällt, aus Spektren ausgewählt, die Frequenzen mit linearem Abstand entsprechen, und die Vektormittlung wird an dem ausgewählten Spektrum durchgeführt. Das Verfahren, durch das Frequenz-Vektormittlung an einem Spektrum durchgeführt wird, das Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, wobei die Anzahl der Mittlungsobjekte mit einem Anstieg der Frequenz logarithmisch ansteigt, ist ein anderes Verfahren zur Kartierung eines Kreuzspektrums, das Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand. Es gibt Fälle, in denen es aufgrund von unzureichender Berechnungsgenauigkeit und dergleichen schwierig ist, Frequenzpunkte mit perfekt regelmäßigem Abstand anzuordnen. In diesem Fall können die Frequenzpunkte auch mit ungefähr regelmäßigem Abstand angeordnet werden.
Die Verarbeitungsergebnisse der Mittlungsvorrichtung 160 werden schließlich an die Ausgabevorrichtung 170 ausgegeben. Zum Beispiel wird das gemittelte Kreuzspektrum als Graph auf einer Flüssigkristallanzeige (nicht dargestellt) als Ergebnis der Messung von Phasenrauschen angezeigt. Die Bezeichnung dBc/Hz wird in der Regel als Einheit für die Messung von Phasenrauschen verwendet; daher wird oft das Kreuzspektrum verwendet, das mittels Dividieren des erhaltenen Spektrums durch die entsprechende Rauschbandbreite und Normalisieren des Produktes auf 1 Hz erhalten wird. Außerdem wird das Ergebnis der Korrektur der Frequenzeigenschaften des Empfangssystems, wie benötigt, ebenfalls ausgegeben.
Als nächstes wird eine Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen, die das Phasenrauschen von zu prüfenden Signalen V mit einem breiteren Frequenzbereich messen kann, als zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Blockdiagramm, das die Struktur der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Messapparatur für Phasenrauschen 200, zeigt, ist in 4 dargestellt. Die gleichen Bezugssymbole werden für die gleichen Strukturelemente wie in 1 verwendet und ihre Beschreibung wird ausgelassen.
Die Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen in 4 hat zusätzlich zu der Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen einen Mischer 230, eine Signalquelle 240, einen Mischer 250 und eine Signalquelle 260. Außerdem hat die Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen einen Verteiler 220 an Stelle des Verteilers 120. Der Verteiler 220 ist ein Verteiler mit einer breiteren Bandbreite als Verteiler 120. Die Frequenz der Ausgabesignale der Signalquellen 240 und 260 ist variabel. Der Satz aus dem Mischer 230 und der Signalquelle 240 und der Satz aus dem Mischer 250 und der Signalquelle 260 bilden jeweils Frequenzwandlungsvorrichtungen. Wenn die Frequenz der Ausgangssignale der Signalquelle 240 und die Frequenz der Ausgangssignale der Signalquelle 260 verschieden sind, haben das Zwischensignal V₁, das das Ausgangssignal des Mischers 230 ist, und ein Zwischensignal V₂, das das Ausgangssignal des Mischers 250 ist, unterschiedlich Frequenzen. In diesem Fall werden die Signalquelle 133 und die Signalquelle 143 auf verschiedene Frequenzen eingestellt. Die Frequenz der Ausgangssignale von Signalquelle 240 und Signalquelle 260 können festgelegt werden. In diesem Fall ist jedoch der Messfrequenzbereich beschränkt.
Wenn die Frequenzwandlung gemäß herkömmlicher Verfahren durchgeführt wird, werden die zu prüfenden Signale V vor dem Erreichen von Verteiler 220 frequenzgewandelt. Mithilfe der vorliegenden Erfindung erfolgt jedoch die Frequenzwandlung mit getrennten Vorrichtungen hinter dem Verteiler 220. Solange sich ein getrennter Signalprozessor in jedem Stromkreis zwischen dem Verteiler und der Phasennachweisvorrichtung befindet, wenn die zu prüfenden Signale vor dem Erreichen der Phasennachweisvorrichtung verarbeitet werden, kann somit die Wirkung einer Phasenrauschen-Komponente, die durch diesen Signalprozessor erzeugt wird, auf die Phasenrauschen-Messergebnisse für die zu prüfenden Signale verringert werden.
D.h. die Phasenrauschen-Komponente, die durch Mischer 230, Signalquelle 240, Mischer 250 und Signalquelle 260 erzeugt wird, wird an der Korrelationsvorrichtung 150, die sich hinter diesen Komponenten befindet, als Kreuzkorrelationskomponente verarbeitet; daher kann die Wirkung auf die Ergebnisse der Messung des Phasenrauschens der zu prüfenden Signale V verringert werden.
Als nächstes wird das Phasenrauschen-Messsystem, das das Phasenrauschen von zu prüfenden Signalen V aus einem breiteren Frequenzbereich messen kann, als dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Blockdiagramm, das die Struktur der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das Phasenrauschen-Messsystem 1000, zeigt, ist in 5 dargestellt. Die gleichen Bezugssymbole werden für die gleichen Strukturelemente wie in 4 verwendet und ihre Beschreibung wird ausgelassen. Siehe die nachstehende 5. Das Phasenrauschen-Messsystem 1000 hat eine Apparatur 300 zum Messen von Phasenrauschen und einen Frequenzwandlerkasten 20.
Die Apparatur 300 zum Messen von Phasenrauschen ist die Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen, von der der Mischer 230, die Signalquelle 240, der Mischer 250 und die Signalquelle 260 entfernt worden sind und zu der die Eingangsanschlüsse 310, 340 und 360 sowie die Ausgangsanschlüsse 330 und 350 hinzugefügt wurden. Der Eingabeanschluss 310 ist der Anschluss zum Empfangen von zu prüfenden Signalen V und zum Einspeisen der empfangenen Signale in den Verteiler 220. Die Ausgangsanschlüsse 330 und 350 sind mit dem Verteiler 220 verbunden. Der Verteiler 220 verteilt die am Eingangsanschluss 310 empfangenen zu prüfenden Signale V, wobei diese Signale an die Ausgabeanschlüsse 330 bzw. 350 ausgegeben werden. Der Eingabeanschluss 340 ist der Anschluss zum Empfangen von Zwischensignalen V₁, und speist die empfangenen Signale in den PLL-Block 130. Der Eingabeanschluss 360 ist der Anschluss zum Empfangen von Zwischensignalen V₂, und dieser Anschluss speist die empfangenen Signale in den PLL-Block 140. Die Zwischensignale V₁ sind Signale, die von den zu prüfenden Signalen V durch den Verteiler 220 verteilt wurden, oder Signale, die durch den Mischer 230 und die Signalquelle 240 nach dem Verteilen außerdem frequenzgewandelt wurden. Außerdem sind die Zwischensignale V₂ Signale, die von den zu prüfenden Signalen V durch den Verteiler 220 verteilt wurden, oder Signale, die durch den Mischer 250 und die Signalquelle 260 nach dem Verteilen außerdem frequenzgewandelt wurden.
Der Frequenzwandlerkasten 20 hat die Eingangsanschlüsse 21 und 23, die Ausgangsanschlüsse 22 und 24, die Signalquellen 240 und 260 und die Mischer 230 und 250. Der Eingangsanschluss 21 ist mit dem Ausgangsanschluss 330 verbunden. Außerdem ist der Eingangsanschluss 23 mit dem Ausgangsanschluss 350 verbunden. Der Ausgangsanschluss 22 ist mit dem Eingangsanschluss 340 verbunden. Der Ausgangsanschluss 24 ist ferner mit dem Eingangsanschluss 360 verbunden. Die vom Eingangsanschluss 21 des Frequenzwandlerkastens 20 empfangenen Signale werden durch den Mischer 230 frequenzgewandelt, mit dem die Signalquelle 240 verbunden ist, und durch den Ausgabeanschluss 22 ausgegeben. Die vom Eingangsanschluss 23 empfangenen Signale werden durch den Mischer 250 frequenzgewandelt, mit dem die Signalquelle 260 verbunden wurde, und durch den Ausgabeanschluss 24 ausgegeben. Es sollte beachtet werden, dass der Frequenzwandlerkasten 20 einen Verbindungsanschluss (nicht dargestellt) zum Empfangen von Kontrollinformationen aus der Apparatur 300 zum Messen von Phasenrauschen oder einem PC oder einer anderen externen Kontrollvorrichtung besitzt. Außerdem wird die Frequenz der Ausgabesignale der Signalquelle 240 und der Signalquelle 260 durch die Messapparatur für Phasenrauschen 300 geregelt.
Wie vorstehend beschrieben, öffnet der Testoperator den Verbindungsstromkreis zwischen dem Verteiler 220 und dem PLL-Block 130 durch das Paar aus Ausgangsanschluss 330 und Einganganschluss 340. Darüber hinaus öffnet der Testoperator den Verbindungsstromkreis zwischen Verteiler 220 und PLL-Block 140 durch das Paar aus Ausgangsanschluss 350 und Eingangsanschluss 360. Wenn die Frequenzwandlung nicht notwendig ist, sollten der Stromkreis zwischen Ausgangsanschluss 330 und Eingangsanschluss 340 und der Stromkreis zwischen Ausgangsanschluss 350 und Eingangsanschluss 360 kurzgeschlossen werden. Wenn Frequenzwandlung notwendig ist, sollte der Ausgangsanschluss 330 mit dem Eingangsanschluss 21 verbunden werden, der Ausgangsanschluss 22 sollte mit dem Eingangsanschluss 340 verbunden werden, der Ausgangsanschluss 350 sollte mit dem Eingangsanschluss 23 verbunden werden und der Ausgangsanschluss 24 sollte mit dem Eingangsanschluss 360 verbunden werden. Wie die Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen, hat auch die Apparatur 1000 zum Messen von Phasenrauschen getrennte Signalprozessoren in den Stromkreisen zwischen den Verteilern und der Phasennachweisvorrichtung; daher ist es möglich, die Wirkung der Phasenrauschen-Komponente, die durch diesen Signalprozessor erzeugt wird, auf die Ergebnisse der Messung von Phasenrauschen der zu prüfenden Signale zu verringern. Außerdem kann die Apparatur 1000 zum Messen von Phasenrauschen selektiv eine Frequenzwandlung durchführen. Die Apparatur 300 zum Messen von Phasenrauschen empfängt zu prüfende Signale V; daher kann sie leicht eine Vorrichtung beherbergen, die andere Parameter der zu prüfenden Signale V misst.
Als nächstes wird nachstehend ein weiteres Phasenrauschen-Messsystem, das das Phasenrauschen von zu prüfenden Signalen V mit einem breiteren Frequenzbereich messen kann, als vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Blockdiagramm, das die Struktur der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Phasenrauschen-Messsystem 2000, zeigt, ist in 6 dargestellt. Die gleichen Bezugssymbole werden für die gleichen Strukturelemente wie in 5 verwendet und ihre Beschreibung wird ausgelassen. Im Folgenden siehe 6. Das Phasenrauschen-Messsystem 2000 hat einen Frequenzwandlerkasten 20 und eine Apparatur 400 zum Messen von Phasenrauschen.
Die Apparatur 400 zum Messen von Phasenrauschen in 6 ist die Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen, zu der außerdem die Schalter 410, 420, 430 und 440 hinzugefügt wurden. Der Verteiler 220 ist mit den Schaltern 410 und 430 an Stelle der Ausgangsanschlüsse 330 und 350 verbunden. Der Ausgangsanschluss 330 ist mit dem Schalter 410 verbunden. Der Ausgangsanschluss 350 ist mit dem Schalter 430 verbunden. Der PLL-Block 130 ist mit dem Schalter 420 an Stelle von Ausgangsanschluss 340 verbunden. Der PLL-Block 140 ist mit dem Schalter 440 an Stelle von Eingangsanschluss 360 verbunden. Der Eingangsanschluss 340 ist mit dem Schalter 420 verbunden. Der Eingangsanschluss 360 ist mit dem Schalter 440 verbunden. Der Schalter 410 speist eines der Ausgangssignale des Verteilers 220 in den Ausgangsanschluss 330 und den Schalter 420. Der Schalter 420 speist Signale vom Eingangsanschluss 340 oder Signale vom Schalter 410 an den PLL-Block 130. Der Schalter 430 speist eines der anderen Ausgangssignale vom Verteiler 220 in den Ausgangsanschluss 350 oder den Schalter 440. Der Schalter 440 speist Signale vom Eingangsanschluss 360 oder Signale vom Schalter 430 an den PLL-Block 140.
Wenn die zu prüfenden Signale V eine relativ niedrige Frequenz haben, wählt der Schalter 410 die a1-Seite, der Schalter 420 wählt die b1-Seite, der Schalter 430 wählt die c1-Seite und der Schalter 440 wählt die d1-Seite. Jedes der Ausgangssignale des Verteilers 220 wird an den PLL-Block 130 und den PLL-Block 140 geleitet, ohne verarbeitet zu werden. Wenn die zu prüfenden Signale V eine relativ hohe Frequenz haben, wählt dagegen der Schalter 410 die a2-Seite, der Schalter 420 wählt die b2-Seite, der Schalter 430 wählt die c2-Seite und der Schalter 440 wählt die d2-Seite. Jedes der Ausgangssignale des Verteilers 220 wird nach getrennter Frequenzwandlung an den PLL-Block 130 und den PLL-Block 140 geleitet. Das Phasenrauschen-Messsystem 2000 ist wie vorstehend beschrieben konstruiert; daher treten weniger Probleme mit der Anschlussverbindung in Zusammenhang mit der Auswahl des Messfrequenzbereichs als beim Phasenrauschen-Messsystem 1000 auf.
Als nächstes wird ein weiteres Phasenrauschen-Messsystem, das das Phasenrauschen von zu prüfenden Signalen mit einem breiteren Frequenzbereich messen kann, als fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Blockdiagramm, das die Struktur der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Phasenrauschen-Messsystem 3000, zeigt, ist in 7 dargestellt. Die gleichen Bezugssymbole werden für die gleichen Strukturelemente wie in 5 verwendet und ihre Beschreibung wird ausgelassen. Im Folgenden siehe 7. Das Phasenrauschen-Messsystem 3000 hat einen Frequenzwandlerkasten 30 und eine Apparatur 500 zum Messen von Phasenrauschen.
Die Apparatur 500 zum Messen von Phasenrauschen hat einen Verteiler 120 an Stelle des Verteilers 220 in der Apparatur 300 zum Messen von Phasenrauschen. Der Verteiler 120 ist der gleiche, wie der in 1 gezeigte Verteiler, und hat eine schmalere Bandbreite im Vergleich zum Verteiler 220.
Der Frequenzwandlerkasten 30 hat einen Eingangsanschluss 31, einen Verteiler 220, Signalquellen 240 und 260, Mischer 230 und 250, Schalter 32 und 33 und Ausgangsanschlüsse 34 und 35. Der Eingangsanschluss 31 ist der Anschluss zum Empfangen von zu prüfenden Signalen V. Der Verteiler 220 ist die Vorrichtung, die zu prüfende Signale V, die am Eingangsanschluss 31 empfangen wurden, verteilt, wobei diese Signale an die Schalter 32 und 33 ausgegeben werden. Der Schalter 32 speist die verteilten Signale an den Mischer 230 oder den Ausgangsanschluss 34. Der Schalter 33 speist die verteilten Signale an den Mischer 250 oder den Ausgangsanschluss 35. Der Mischer 230 ist mit der Signalquelle 240 verbunden. Außerdem wandelt der Mischer 230 die Frequenz der Ausgangssignale des Schalters 32 und gibt diese Signale an den Ausgangsanschluss 34 aus. Der Mischer 250 ist mit der Signalquelle 260 verbunden. Außerdem wandelt der Mischer 250 die Frequenz der Ausgangssignale des Schalters 33 und gibt diese Signale an den Ausgangsanschluss 35 aus. Der Ausgangsanschluss 34 ist mit dem Eingangsanschluss 340 verbunden. Außerdem ist der Ausgangsanschluss 35 mit dem Eingangsanschluss 360 verbunden.
Wenn die zu prüfenden Signale V eine relativ niedrige Frequenz haben, wählt der Schalter 32 die e1-Seite, und Schalter 33 wählt die f1-Seite. Gleichstromsignale werden ferner von den Signalquellen 240 und 260 ausgegeben. Die Ausgangssignale vom Verteiler 220 werden zu diesem Zeitpunkt unverarbeitet an die Messapparatur für Phasenrauschen 500 gegeben. Wenn die zu prüfenden Signale V eine relativ hohe Frequenz haben, wählt der Schalter 32 die e2-Seite, und Schalter 33 wählt die f2-Seite. Die Ausgangssignale vom Verteiler 220 werden frequenzgewandelt und dann an die Apparatur 500 zum Messen von Phasenrauschen geleitet.
Der Frequenzwandlerkasten 30 hat einen Verbindungsanschluss (nicht dargestellt) zum Empfangen von Kontrollinformationen von der Apparatur 500 zum Messen von Phasenrauschen oder einem PC oder einer anderen externen Kontrollvorrichtung. Die Frequenz der Ausgabesignale der Signalquelle 240 und der Signalquelle 260 wird durch die Apparatur 500 zum Messen von Phasenrauschen geregelt. Der Wahlstatus der Schalter 32 und 33 wird durch die Apparatur 500 zum Messen von Phasenrauschen geregelt. Das Phasenrauschen-Messsystem 3000 ist wie vorstehend beschrieben aufgebaut; daher ist es möglich, die Probleme in Verbindung mit der Anschlussverbindung zu verringern, wenn der gemessene Frequenzbereich ausgewählt wird.
Als nächstes wird ein weiteres Phasenrauschen-Messsystem, das das Phasenrauschen von zu prüfenden Signalen mit einem breiteren Frequenzbereich messen kann, als sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Blockdiagramm, das die Struktur der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Phasenrauschen-Messsystem 4000, zeigt, ist in 8 dargestellt. Die gleichen Bezugssymbole werden in 8 für die gleichen Strukturelemente wie in 7 verwendet und ihre Beschreibung wird ausgelassen. Im Folgenden siehe 8. Das Phasenrauschen-Messsystem 4000 hat einen Frequenzwandlungskasten 40 und eine Apparatur 600 zum Messen von Phasenrauschen.
Die Apparatur 600 zum Messen von Phasenrauschen ist die Apparatur 500 zum Messen von Phasenrauschen, von der die Ausgangsanschlüsse 330 und 350 entfernt und zu der die Schalter 610 und 620 hinzugefügt worden sind. Der Verteiler 120 ist mit den Schaltern 610 und 620 verbunden. Der Verteiler 120 verteilt zu prüfende Signale V, die am Eingangsanschluss 310 empfangen wurden, und speist jedes der verteilten Signale zu den Schaltern 610 und 620. Der PLL-Block 130 ist mit dem Schalter 610 an Stelle des Eingangsanschlusses 340 verbunden. Außerdem ist der Eingangsanschluss 340 mit dem Schalter 610 verbunden. Der PLL-Block 140 ist mit dem Schalter 620 an Stelle des Eingangsanschlusses 360 verbunden. Der Eingangsanschluss 360 ist mit dem Schalter 620 verbunden.
Der Frequenzwandlerkasten 40 hat einen Eingangsanschluss 41, einen Verteiler 42, Signalquellen 240 und 260 und Mischer 230 und 250. Der Eingangsanschluss 41 ist der Anschluss zum Empfangen von zu prüfenden Signalen V. Der Verteiler 42 ist die Vorrichtung, die zu prüfende Signale V, die am Eingangsanschluss 41 empfangen wurden, verteilt und diese Signale an die Mischer 230 und 250 leitet. Der Mischer 230 ist mit der Signalquelle 240 verbunden. Der Mischer 230 wandelt die Frequenz von einem der Signale, die vom Verteiler 42 verteilt wurden, und gibt dies an den Ausgangsanschluss 43 aus. Der Mischer 250 ist mit der Signalquelle 260 verbunden. Der Mischer 250 wandelt außerdem die Frequenz von einem der anderen Signale, die vom Verteiler 42 verteilt wurden, und gibt dies an den Ausgangsanschluss 44 aus. Der Ausgangsanschluss 43 ist mit dem Eingangsanschluss 340 verbunden. Der Ausgangsanschluss 44 ist mit dem Eingangsanschluss 360 verbunden.
Wenn die zu prüfenden Signale V eine relativ niedrige Frequenz haben, wird die zu prüfende Vorrichtung 10 mit dem Eingangsanschluss 310 verbunden. Außerdem wählt der Schalter 610 der Apparatur 600 zum Messen von Phasenrauschen die x1-Seite, und Schalter 620 wählt die y1-Seite. Eines der Ausgangssignale des Verteilers 120 wird zu diesem Zeitpunkt durch den Schalter 610 an den PLL-Block 130 geleitet. Ferner wird ein anderes der Ausgangssignale des Verteilers 120 durch den Schalter 620 an den PLL-Block 140 geleitet. Wenn dagegen die zu prüfenden Signale V eine relativ hohe Frequenz haben, wird die zu prüfende Vorrichtung 10 mit dem Eingangsanschluss 41 verbunden. Der Schalter 610 der Apparatur 600 zum Messen von Phasenrauschen wählt die x2-Seite, und Schalter 620 wählt die y2-Seite. Die vom Ausgangsanschluss 43 ausgegebenen Signale werden zu diesem Zeitpunkt durch den Schalter 610 an den PLL-Block 130 geleitet. Außerdem werden die vom Ausgangsanschluss 44 ausgegebenen Signale durch den Schalter 620 an den PLL-Block 140 geleitet. Es sollte beachtet werden, dass der Frequenzwandlerkasten 40 einen Verbindungsanschluss (nicht dargestellt) zum Empfangen von Kontrollinformationen von der Apparatur 600 zum Messen von Phasenrauschen oder einem PC oder einer anderen externen Kontrollvorrichtung besitzt. Die Frequenz der Ausgangssignale der Signalquelle 240 und der Signalquelle 260 wird durch die Apparatur 600 zum Messen von Phasenrauschen geregelt. Die Apparatur 600 zum Messen von Phasenrauschen ist wie vorstehend beschrieben aufgebaut; deshalb ist es nicht notwendig, den Frequenzwandlerkasten 40 abzumontieren, wenn sich der gemessene Frequenzbereich verändert.
Die Signalquellen 133 und 143 können die Frequenz der Ausgangssignale in Übereinstimmung mit der Frequenz von zu prüfenden Signalen V in den bisher beschriebenen Ausführungsformen genau einstellen. Gewöhnlich erzeugt dieser Typ der Signalquelle die gewünschte Frequenz f_LO zusätzlich zu einer Störfrequenz f_SUPR, wie durch die folgende Formel dargestellt.
[Mathematische Formel 12]

fSUPR = |i·fLO±j·fref| (12)

Die Notationen i und j sind hier ganze Zahlen von eins oder größer. Die Notation f_LO ist die Frequenz der Ausgangssignale der Signalquelle. Außerdem ist f_ref die Bezugssignalfrequenz dieser Signalquelle.
Diese Störfrequenz kann einen Effekt auf die Ergebnisse der Messung des Phasenrauschens von zu prüfenden Signalen V haben. Wenn zum Beispiel die Frequenz f_SUPR etwa gleich der Frequenz f_LO ist, wird dieser Störeffekt als das Phasenrauschen von zu prüfenden Signalen V gemessen. Daher ist nachstehend als alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Apparatur zum Messen von Phasenrauschen beschrieben, die diesen Typ der Störwirkung beseitigt.
Ein Blockdiagramm, das die Struktur der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Apparatur 700 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt, ist in 9 dargestellt. Die gleichen Bezugssymbole werden in 9 für die gleichen Strukturelemente wie in 1 verwendet und ihre Beschreibung wird ausgelassen. Die Apparatur 700 zum Messen von Phasenrauschen in 9 ist die Apparatur 100 zum Messen von Phasenrauschen, wobei ein PLL-Block 710 den PLL-Block 130 ersetzt und ein PLL-Block 730 den PLL-Block 140 ersetzt. PLL-Block 710 ist der PLL-Block 130, wobei eine Signalquelle 720 die Signalquelle 133 ersetzt. PLL-Block 730 ist der PLL-Block 140, wobei eine Signalquelle 740 die Signalquelle 143 ersetzt.
Die Signalquelle 720 hat eine Bezugssignalquelle 721 und einen Synthesizer 722. Der Synthesizer 722 erzeugt und gibt lokale Signale aus, wobei auf die Ausgangssignale der Bezugssignalquelle 721 Bezug genommen wird. Frequenz und Phase der Ausgangssignale des Synthesizers 722 werden durch die Ausgangssignale des Filters 132 geregelt. Außerdem hat die Signalquelle 740 eine Bezugssignalquelle 741 und einen Synthesizer 742. Der Synthesizer 742 erzeugt und gibt lokale Signale aus, wobei auf die Ausgangssignale der Bezugssignalquelle 741 Bezug genommen wird. Frequenz und Phase der Ausgangssignale des Synthesizers 742 werden durch die Ausgangssignale des Filters 142 geregelt. Die Frequenz f_LO1 der Ausgangssignale des Synthesizers 722 und die Frequenz f_LO2 der Ausgangssignale des Synthesizers 742 sind gleich. Dagegen sind die Frequenz f_ref1 der Ausgangssignale der Bezugssignalquelle 721 und die Frequenz f_ref2 der Ausgangssignale der Bezugssignalquelle 741 verschieden. Wenn die Störfrequenzausgabe vom Synthesizer 722 zu diesem Zeitpunkt f_SUPR1 beträgt und die Störfrequenzausgabe vom Synthesizer 742 f_SUPR2 beträgt, ist f_SUPR1 ≠⁣ f_SUPR2. Diese Störfrequenzen werden durch die Korrelationsvorrichtung 150, die sich stromabwärts befindet, als unabhängige Komponenten behandelt; daher werden sie durch Mittlung des Kreuzspektrums auf Null gebracht. Der die Störfrequenz verringernde Effekt steigt, wenn die Frequenz f_ref1 und die Frequenz f_ref2 weiter auseinander wachsen. Außerdem sollten die Frequenz f_ref1 und die Frequenz f_ref2 durch mindestens die vorbestimmte Frequenz f_diff getrennt sein. Man sollte beachten, dass die Frequenz f_diff der Kehrwert der Zeit ist, wenn eine Kreuzspektrumverarbeitung (Beobachtungszeit) als Aufgabe ansteht. Wenn beispielsweise eine 1024-Punkt-FFT-Verarbeitung durch die Korrelationsapparatur 150 an den Ergebnissen der Analog-Digital-Wandlung bei 32 kHz durchgeführt wird, beträgt eine Beobachtungszeit 32 Millisekunden. Also wird die Frequenz f_diff in diesem Fall zu 31,25 Hz. Sogar wenn die Frequenz f_ref1 und die Frequenz f_ref2 nicht durch mindestens eine vorbestimmte Frequenz f_diff getrennt sind, bedeutet dies natürlich nicht, dass gar keine die Störfrequenz verringernde Wirkung auftritt. Das Ausmaß, in dem die Frequenz f_ref1 und die Frequenz f_ref2 voneinander getrennt sind, hängt vom Prozentsatz ab, mit dem die Störwirkung verringert werden muss. Die obengenannte Technologie zur Verringerung der Störwirkung kann auch mit den Apparaturen zum Messen von Phasenrauschen in den anderen Ausführungsformen verwendet werden. Zum Beispiel sollte die Frequenz der Bezugssignalquelle für die Signalquelle 133 und die Signalquelle 143 in der Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen unterschiedlich sein. In diesem Fall ist es nicht notwendig, dass die Frequenz der Ausgangssignale der Signalquelle 133 und die Frequenz der Ausgangssignale der Signalquelle 143 gleich sind. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Frequenz der Bezugssignalquellen der Signalquellen 240, 260, 133 und 143 in der Apparatur 200 zum Messen von Phasenrauschen verschieden sind.
Wenn die gesamte Bandbreite eines Spektrums mit Hochfrequenzauflösung verarbeitet wird, werden trotzdem zusätzliche Messressourcen benötigt. Eine Messapparatur für Phasenrauschen, die diesen Typ des Problems löst, ist nachstehend als achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Siehe an dieser Stelle 10. 10 ist eine Zeichnung, die die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Apparatur 800 zum Messen von Phasenrauschen, zeigt. Die gleichen Bezugssymbole werden in 10 für die gleichen Strukturelemente wie in 1 verwendet, und ihre Beschreibung wird daher ausgelassen.
Die Apparatur 800 zum Messen von Phasenrauschen in 10 hat einen Eingangsanschluss 110, einen Verteiler 120, einen PLL-Block 130, einen PLL-Block 140, eine Korrelationsmittlungsvorrichtung 900 und eine Ausgabevorrichtung 170. Die Korrelationsmittlungsvorrichtung 900 findet das Kreuzspektrum zwischen den Phasensignalen a(t), die die Ausgangssignale des PLL-Blocks 130 sind, und den Phasensignalen b(t), die die Ausgangssignale des PLL-Blocks 140 sind. Die Korrelationsmittlungsvorrichtung 900 führt ferner eine Mittlung der erhaltenen Kreuzspektren durch.
Die Korrelationsmittlungsvorrichtung 900 wird an dieser Stelle anhand von 11 detailliert beschrieben. 11 ist eine Zeichnung, die die Struktur der Korrelationsmittlungsvorrichtung 900 zeigt. In 11 hat die Korrelationsmittlungsvorrichtung 900 einen ADC 910a, einen ADC 910b, einen Korrelationsblock 920, einen Korrelationsblock 930, ein Filter 931a, ein Filter 931b, einen Korrelationsblock 940, ein Filter 941a, ein Filter 941b und eine Mittlungsvorrichtung 950. Der ADC 910a ist die Vorrichtung, die eine Analog-Digital-Wandlung der Phasensignale a(t) durchführt. Der ADC 910b ist die Vorrichtung, die eine Analog-Digital-Wandlung der Phasensignale b(t) durchführt. ADC 910a und ADC 910b besitzen die gleiche Wandlungsgeschwindigkeit fs (samples/second). Das Phasensignal a1(t), das das Ergebnis der Wandlung durch den ADC 910a ist, und das Phasensignal b1(t), das das Ergebnis der Wandlung durch den ADC 910b ist, werden in den Korrelationsblock 920 eingegeben. Die Filter 931a, 931b, 941a und 941b sind 1/8-Dezimationsfilter. Das Filter 931a bringt die Bandbreite und die Rate des Phasensignals a1(t) auf 1/8. Das Filter 931b bringt die Bandbreite und die Rate des Phasensignals b1(t) auf 1/8. Das Filter 941a bringt die Bandbreite und die Rate des Phasensignals a2(t), das die Ausgabe des Filters 931a ist, auf 1/8. Das Filter 941b bringt die Bandbreite und die Rate des Phasensignals b2(t), das die Ausgabe des Filters 931b ist, auf 1/8.
Der Korrelationsblock 920 ist die Vorrichtung, die das Kreuzspektrum zwischen den Phasensignalen a1(t) und den Phasensignalen b1(t) erzeugt. Der Korrelationsblock 920 hat einen Speicher 922a, einen Speicher 922b, einen FFT 923a, einen FFT 923b, einen Multiplier 924 und eine Mittlungsvorrichtung 925. Der Speicher 922a ist die Vorrichtung, die die Phasensignale a1(t) speichert. FFT 923a führt eine Fourier-Transformation der im Speicher 922a gespeicherten Phasensignale a1(t) durch. Außerdem wird die Komponente A1(f) mit einer Nyquist-Frequenz von (fs/2) oder weniger unter den Ergebnissen der Fourier-Transformation der Phasensignale a1(t) an den Multiplier 924 ausgegeben. Der Speicher 922b ist die Vorrichtung, die die Phasensignale b1(t) speichert. FFT 923b führt eine Fourier-Transformation der im Speicher 922b gespeicherten Phasensignale b1(t) durch. Außerdem wird die Komponente B1(f) mit einer Nyquist-Frequenz von (fs/2) oder weniger aus den Ergebnissen der Fourier-Transformation der Phasensignale b1(t) an den Multiplier 924 ausgegeben. FFT 923a und FFT 923b haben die gleiche Frequenz. Der Multiplier 924 verarbeitet das Fourier-Transformationsergebnis A1(f) und das Fourier-Transformationsergebnis B1(f), wie durch die folgende Formel gezeigt wird.
[Mathematische Formel 13]

S1ab(f) = A1(f)B1(f). (13)

S1_ab(f) ist das Kreuzspektrum von a1(t) und b1(t). Außerdem zeigt der Stern eine Komplexkonjugation an.
S1_ab(f), das Ergebnis der vom Multiplier 924 durchgeführten Verarbeitung, wird an die Mittlungseinheit 925 ausgegeben. Die Mittlungseinheit 925 führt eine Zeit-Vektormittlung an dem Verarbeitungsergebnis S1_ab(f) gemäß der folgenden Formel durch.
[Mathematische Formel 14]
S1_ab(f) ist das Kreuzspektrum S1_ab(f), das nach k Malen erhalten wird.
Das gemittelte Kreuzspektrum AS1_ab(f), das das Ergebnis der Verarbeitung durch die Mittlungseinheit 925 ist, wird an die Mittlungseinheit 950 ausgegeben.
Der Korrelationsblock 930 ist die Vorrichtung, die ein Kreuzspektrum zwischen den Phasensignalen a2(t) und den Phasensignalen b2(t) erzeugt. Der Korrelationsblock 930 hat einen Speicher 932a, einen Speicher 932b, einen FFT 933a, einen FFT 933b, einen Multiplier 934 und eine Mittlungseinheit 935. Der Speicher 932a ist die Vorrichtung, die die Phasensignale a2(t) speichert. FFT 933a führt eine Fourier-Transformation der im Speicher 932a gespeicherten Phasensignale a2(t) durch. Außerdem wird die Komponente A2(f) mit einer Nyquist-Frequenz von (fs/16) oder weniger aus den Ergebnissen der Fourier-Transformation der Phasensignale a2(t) an den Multiplier 934 ausgegeben. Der Speicher 932b ist die Vorrichtung, die die Phasensignale b2(t) speichert. FFT 933b führt eine Fourier-Transformation der im Speicher 932b gespeicherten Phasensignale b2(t) durch. Außerdem wird die Komponente b2(f) mit einer Nyquist-Frequenz von (fs/16) oder weniger aus den Ergebnissen der Fourier-Transformation des Phasensignals b2(t) an den Multiplier 934 ausgegeben. Es sollte beachtet werden, dass FFT 923a und FFT 933b die gleiche Anzahl von Punkten haben. Der Multiplier 934 verarbeitet das Fourier-Transformationsergebnis A2(f) und das Fourier-Transformationsergebnis B2(f) gemäß der folgenden Formel.
[Mathematische Formel 15]

S2ab(f) = A2(f)B2(f). (15)

S2_ab(f) ist das Kreuzspektrum zwischen a2(t) und b2(t). Außerdem zeigt der Stern eine Komplexkonjugation an.
S2_ab(f), das Ergebnis der Verarbeitung durch den Multiplier 934, wird an die Mittlungseinheit 935 ausgegeben. Die Mittlungseinheit 935 führt eine Zeit-Vektormittlung an dem Verarbeitungsergebnis S2_ab(f) gemäß der folgenden Formel durch.
[Mathematische Formel 16]
S2_ab(k,f) ist das Kreuzspektrum S2_ab(f), das nach k Malen erhalten wird.
Das durchschnittliche Kreuzspektrum AS2_ab(f), das das Ergebnis der Verarbeitung durch die Mittlungseinheit 935 ist, wird an die Mittlungseinheit 950 ausgegeben.
Der Korrelationsblock 940 ist die Vorrichtung, die das Kreuzspektrum zwischen den Phasensignalen a3(t), die die Ausgabe des Filters 941a darstellen, und den Phasensignalen b3(t), die die Ausgabe des Filters 941b darstellen, erzeugt. Der Korrelationsveraxbeitungsblock 940 hat einen Speicher 942a, einen Speicher 942b, einen FFT 943a, einen FFT 943b und einen Multiplier 944. Der Speicher 942a ist die Vorrichtung, die die Phasensignale a3(t) speichert. FFT 943a führt eine Fourier-Transformation der im Speicher 942a gespeicherten Phasensignale a3(t) durch.
Außerdem wird die Komponente A3(f) mit einer Nyquist-Frequenz von (fs/128) oder weniger aus den Ergebnissen der Fourier-Transformation des Phasensignals a3(t) an den Multiplier 944 ausgegeben. Der Speicher 942b ist die Vorrichtung, die die Phasensignale b3(t) speichert. FFT 943b gibt die Komponente B3(f) mit einer Nyquist-Frequenz von (fs/128) oder niedriger aus den Ergebnissen der Fourier-Transformation der Phasensignale b3(t) an den Multiplier 944 aus. FFT 923a und FFT 923b haben die gleiche Anzahl von Punkten. Der Multiplier 944 verarbeitet das Fourier-Transformationsergebnis A3(f) und das Fourier-Transformationsergebnis B3(f) gemäß der folgenden Formel.
[Mathematische Formel 17]

S3ab(f) = A3(f)B3(f). (17)

S3_ab(f) ist das Kreuzspektrum zwischen a3(t) und b3(t). Außerdem zeigt der Stern eine Komplexkonjugation an.
S3_ab(f), das Ergebnis der Verarbeitung durch den Multiplier 944, wird an die Mittlungseinheit 950 ausgegeben.
Man sollte im Gedächtnis behalten, dass, wenn ein S3_ab(f)-Wert erhalten wird, acht S2_ab(f)-Werte und 64 s1_ab(f)-Werte erhalten werden. Die acht S2_ab(f)-Werte werden zu einem AS2_ab(f)-Wert gemittelt. Außerdem werden die 64 S1_ab(f)-Werte werden zu einem AS1_ab(f)-Wert gemittelt.
Die Verarbeitungsergebnisse AS1_ab(f), AS2_ab(f) und S3_ab(f) jedes Korrelationsblocks entsprechen Frequenzen mit linearem Abstand. In den Messergebnissen des Phasenrauschens wird jedoch mindestens die Frequenzachse mit einem log-Maßstab angezeigt. Also müssen die Verarbeitungsergebnisse AS1_ab(f), AS2_ab(f) und S3_ab(f) auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand kartiert werden. Daher wird ein Kreuzspektrum, das auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand kartiert ist, durch Kombinieren der Verarbeitungsergebnisse As1_ab(f), As2_ab(f) und S3_ab(f) jedes Korrelationsblocks hergestellt. Ein Beispiel für dieses Verfahren ist nachstehend beschrieben.
Zunächst beträgt die Wandlungsgeschwindigkeit von ADC 910a und ADC 910b 100 Msamples/second. Die Anzahl der FFT-Punkte in jedem Korrelationsblock beträgt 128. Die Anzahl der FFT-Punkte im Korrelationsblock 920 zu diesem Zeitpunkt sind wie in Tabelle 4 dargestellt. Außerdem sind die FFT-Punkte im Korrelationsblock 930 wie in Tabelle 5 gezeigt. Die FFT-Punkte im Korrelationsblock 940 sind wie in Tabelle 6 gezeigt. Nur die Punkte mit Nyquist-Frequenz oder niedriger sind in diesen Tabellen zusammen mit der entsprechenden Frequenz dargestellt.
Tabelle 4
Tabelle 5
Tabelle 6
Die Kreuzspektren, die den in den Tabellen 4, 5 und 6 gezeigten Frequenzen mit linearem regelmäßigem Abstand entsprechen, werden wie in Tabelle 7 gezeigt auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand kartiert. Die Kreuzspektren sind durch 51 Frequenzpunkte mit logarithmischem Abstand zwischen 100 kHz und 45 MHz dargestellt.
Tabelle 7
Die Anzeigepunkte und die entsprechenden Frequenzen sind in Tabelle 7 gezeigt. Die Frequenz, die einem Mittelpunkt zwischen den benachbarten Anzeigepunkten entspricht, ist als Grenzfrequenz gezeigt. Mithilfe dieses Verfahrens werden Frequenzpunkte mit linearem Abstand zwischen diesen Grenzfrequenzen ausgewählt. Das Kreuzspektrum, das dem ausgewählten Frequenzpunkt entspricht, wird vektorgemittelt. Die Mittlungsergebnisse dienen schließlich als Kreuzspektrum von Anzeigepunkten mit logarithmischem Abstand.
Zum Beispiel wird das Kreuzspektrum des Anzeigepunktes von Zählung 8 folgendermaßen erhalten. Zunächst wird die Grenzfrequenz auf jeder Seite des Anzeigepunktes von Zählung 8 angegeben. D.h. die Grenzfrequenzen von 250 024 Hz und 282 518 Hz werden angegeben. Als nächstes werden die FFT-Punkte, die zwischen diesen zwei Frequenzen eingeschlossen sind, aus den Tabellen 4, 5 und 6 gefunden. Um so viele FFT-Punkte wie möglich zu entdecken, werden die Punkte in der Reihenfolge, beginnend mit der Tabelle, die den kleinsten Frequenzabstand zeigt, gefunden. D.h. die FFT-Punkte werden in der Reihenfolge Tabelle 6, Tabelle 5 und Tabelle 4 gefunden. Somit werden die FFT-Punkte von Zählung 21 bis Zählung 23 in Tabelle 6 gefunden, die sich auf Korrelationsblock 940 bezieht. Als nächstes wird das Vektormittel des Kreuzspektrums an den drei so erhaltenen FFT-Punkten gefunden. Das durch Mittlung erhaltene Kreuzspektrum ist das Kreuzspektrum des Anzeigepunktes bei Zählung B. Außerdem wird das Kreuzspektrum des Anzeigepunktes von Zählung 17 wie folgt erhalten. Die Grenzfrequenzen auf jeder Seite des Anzeigepunktes von Zählung 17 beträgt 750 862 Hz und 848 446 Hz. Die Anzeige-Punkte von Zählung 62 bis Zählung 64 finden sich in Tabelle 6. Frequenzkomponenten, die über die Nyquist-Frequenz hinausgehen, sind in Tabelle 6 nicht gezeigt. Die Werte (793 457 Hz, 805 664 Hz, 817 871 Hz, 830 078 Hz, 842 285 Hz) sind zwischen 750 862 Hz und 848 446 Hz eingeschlossen. Eine Vektormittlung dieser Komponenten ist die Hauptursache für Fehler in den Messergebnissen; daher ist sie inakzeptabel. Folglich werden FFT-Punkte ebenso aus Tabelle 5 entnommen, die sich auf Korrelationsblock 930 bezieht. Wenn dies erfolgt ist, werden die FFT-Punkte von Zählung 8 in Tabelle 5 gefunden. Wenn es einen FFT-Punkt gibt, ist der ursprüngliche Wert gleich dem gemittelten Wert. Also wird das Kreuzspektrum am FFT-Punkt von Zählung 8 zu dem Kreuzspektrum des Anzeigepunktes von Zählung 17. Der Startpunkt und der Endpunkt des damit zusammenhängenden FFT-Punktes und des mit diesen Punkten zusammenhängenden Korrelationsblocks sind in Tabelle 7 gezeigt.
Wenn zwei oder mehrere FFT-Punkte gefunden werden, wird an dem Kreuzspektrum eine Frequenz-Vektormittlung durchgeführt. Die durch die Signalquelle 133 erzeugte Phasenrauschen-Komponente und die durch die Signalquelle 143 erzeugte Phasenrauschen-Komponente nähern sich an Null an, wenn die Anzahl der Mittlungsobjekte zunimmt.
Mithilfe des oben dargestellten Verfahrens wird das Spektrum, das innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs von Frequenzen mit logarithmischem Abstand enthalten ist, aus einem Spektrum, das Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, ausgewählt, und das ausgewählte Spektrum wird vektorgemittelt. Das Verfahren, wodurch ein Spektrum, das Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, Frequenz-vektorgemittelt wird, wenn die Anzahl der Mittlungsobjekte mit einer Zunahme der Frequenz logarithmisch zunimmt, ist ein anderes Verfahren zur Kartierung eines Kreuzspektrums, das Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, damit es Frequenzen mit logarithmischem Abstand entspricht. Es gibt Fälle, in denen es aufgrund von unzureichender Berechnungsgenauigkeit und dergleichen tatsächlich schwierig ist, jeden Frequenzpunkt mit perfekt regelmäßigem Abstand anzuordnen. In diesem Fall sollte jeder Frequenzpunkt mit ungefähr regelmäßigem Abstand angeordnet werden.
Das eine Kreuzspektrum, das aus den Verarbeitungsergebnissen AS1_ab(f), AS2_ab(f) und S3_ab(f) erhalten wird, wird infolge der oben beschriebenen Frequenz-Vektormittlung zu SW_ab(f) Die Korrelationsmittlungsvorrichtung 900 findet nur eine vorbestimmte Anzahl von Kreuzspektren SW_ab(f). Außerdem wird das Kreuzspektrum SW_ab(f) durch die Mittlungsvorrichtung 950 in Bezug auf die Zeit vektorgemittelt, wie durch die folgende Formel dargestellt.
[Mathematische Formel 18]
N ist eine ganze Zahl von I oder größer. SW_ab(k,f)) ist das nach k Malen erhaltene Kreuzspektrum SW_ab(f). Die durch die Signalquelle 133 erzeugte Phasenrauschen-Komponente und die durch die Signalquelle 143 erzeugte Phasenrauschen-Komponente können sich bei einer Zunahme der Anzahl N der Kreuzspektren, die die Objekte der Mittlung sind, näher an Null annähern.
Als nächstes ist in 12 ein Graph gezeigt, der die Ergebnisse der Mittlung darstellt. 12 zeigt das durch einen logarithmischen Graph dargestellte Kreuzspektrum, wenn ideale zu prüfende Signale V, die völlig frei von irgendeinem Phasenrauschen sind, in die Apparatur 800 zum Messen von Phasenrauschen eingegeben werden. Die y-Achse des Graphs in 12 ist die Elektrizität [sic] und die x-Achse die Offset-Frequenz. Die in 12 gezeigte Kurve ist der so genannte Rauschfluss. Die in 12 gezeigten Kurven A und B sind in 3 dargestellt. Die reale Kurve A ist keine horizontale Kurve und fällt tatsächlich mit zunehmender Frequenz nach und nach ab. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wird jedoch in der vorliegenden Beschreibung angenommen, dass Kurve A eine horizontale Kurve ist. Die Kurven E und F sind der Unterschied zu Kurve A. Kurve E ist das Kreuzspektrum, wenn eine Mehrzahl von Kreuzspektren, die nicht in Bezug auf die Frequenz vektorgemittelt wurden, gefunden wurden und die erhaltene Mehrzahl von Kreuzspektren durch die Korrelationsmittlungsvorrichtung 900 in Bezug auf die Zeit vektorgemittelt wurde. Kurve E hat aufgrund der Mittlungsergebnisse von den Mittlungseinheiten 925 und 935 eine Stufenform. Die Kurve F ist außerdem das Kreuzspektrum, wenn das Kreuzspektrum SW_ab(f), das in Bezug auf die Frequenz vektorgemittelt worden war, mehrere Male gefunden wurde und die erhaltene Mehrzahl von Kreuzspektren in Bezug auf die Zeit vektorgemittelt wurde. Kurve F fällt mit zunehmender Frequenz allmählich ab. Im Allgemeinen nimmt das Phasenrauschen mit einer Zunahme der Offset-Frequenz ab; deshalb ist die Form der Kurve F bevorzugt.
Das gemittelte Kreuzspektrum ASW_ab(k,f) wird schließlich an die Ausgabevorrichtung 170 ausgegeben.
Es sollte beachtet werden, dass die oben beschriebene Frequenz-Vektormittlung durchgeführt werden kann, nachdem die Zeit-Vektormittlung durchgeführt wurde. In diesem Fall wird zum Beispiel eine neue Mittlungseinheit nach dem Multiplier 944 hinzugefügt. Wenn m die Anzahl der Male angibt, für die diese Mittlungseinheit die Mittlung durchführt, dann wird außerdem die Anzahl der Male, für die die Mittlungseinheit 935 die Mittlung durchführt, zu (8·m), die Anzahl der Male, für die die Mittlung von der Mittlungseinheit 925 durchführt wird, wird zu (64·m), und die Mittlungseinheit 950 führt nur die Frequenz-Mittlung durch.
Mithilfe der achten Ausführungsform wird das Kreuzspektrum von zwei Phasensignalen für eine Mehrzahl von Frequenzbereichen mit unterschiedlichen Frequenzbändern gefunden. D.h. die Korrelationsblöcke 920, 930 und 940, die verschiedene Frequenzbänder besitzen, werden im Wesentlichen einem Frequenzband zugeordnet, und das Kreuzspektrum wird gefunden. Infolgedessen ist es nicht notwendig, dass jeder Korrelationsblock übermäßig viele Betriebsfunktionen besitzt. Zum Beispiel ist die Gesamtmenge an Speicher im Inneren jedes Korrelationsblocks viel kleiner als die Menge an Speicher, die benötigt wird, wenn kein Frequenzband zugeordnet wird. Wenn die Mehrzahl von Kreuzspektren innerhalb der vorbestimmten gleichen Zeit erhalten wird, führen die Korrelationsblöcke 920, 930 und 940 außerdem an der jeweils erhaltenen Mehrzahl von Kreuzspektren eine Zeit-Vektormittlung durch. Dadurch werden die Messressourcen konserviert und die Messgenauigkeit wird dadurch verbessert, dass der Rauschfluss verringert wird.
Die folgenden Modifikation können auf jede der bisher beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden.
Der Dezimationsprozentsatz kann bei der achten Ausführungsform wie benötigt gewählt werden. Außerdem ist die Dezimationsrate jedes Dezimationsfilters nicht notwendigerweise die gleiche. Wenn beispielsweise die Wandlungsgeschwindigkeit von ADC 910a und ADC 910b gleich ist, kann die Dezimation der Filter 931a, 931b, 941a und 941b 1/4 betragen. Wenn beispielsweise die Wandlungsgeschwindigkeit von ADC 910a und ADC 910b gleich ist, kann der Dezimationsprozentsatz der Filter 931a und 931b 1/4 betragen, und diejenige der Filter 941a und 941b kann 1/16 betragen.
Die Anzahl der Korrelationsblöcke bei der achten Ausführungsform ist nicht auf drei beschränkt. Es kann mehr als drei oder weniger als drei Korrelationsblöcke geben.
Die Anzahl der FFT-Punkte bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann wie benötigt gewählt werden. Außerdem ist die Anzahl der Punkte von zwei FFTs, die mit dem Multiplier verbunden sind, nicht notwendigerweise gleich, solange dies die Verarbeitung durch diese Multiplier nicht verkompliziert.
Die ADC-Wandlungsgeschwindigkeit kann bei jeder der obengenannten Ausführungsformen wie benötigt gewählt werden. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Wandlungsgeschwindigkeiten von ADC 151a und ADC 151b gleich sind. Ebenso ist bevorzugt, dass die Wandlungsgeschwindigkeiten von ADC 910a und ADC 910b gleich sind.
Der Verteiler ist bei jeder der obengenannten Ausführungsformen nicht auf einen Verteiler beschränkt, der einen Widerstand, wie dargestellt, verwendet, solange er Signale verteilt. Es kann sich beispielsweise auch um einen Verteiler handeln, der einen Wellenhohlleiter verwendet.
Die Strukturelemente der Messapparatur für Phasenrauschen können bei jeder der obengenannten Ausführungsformen tatsächlich als Hardware oder virtuell als Software bereitgestellt werden.
Außerdem kann bei jeder der obengenannten Ausführungsformen das Spektrum von Phasensignalen durch Wandlung der Wellenrate oder eine andere Spektrumanalysemaßnahme als FFT gefunden werden. Wenn das durch die Spektrumanalysemaßnahme erhaltene Spektrum Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, kann außerdem eine Kartierung auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand an diesem Spektrum durchgeführt werden. Wenn das durch die Spektrumanalysemaßnahme erhaltene Spektrum bereits Frequenzen mit logarithmischem Abstand entspricht, kann einfache Addition und Mittlung in Bezug auf die Frequenz, wie benötigt, verwendet werden.
Die Konelationsvorrichtung 150 analysiert zudem bei jeder der obengenannten Ausführungsformen das Spektrum jedes Phasensignals, findet das Spektrum jedes Phasensignals und findet das Kreuzspektrum davon, so dass das Korrelationsspektrum zwischen jedem Phasensignal erhalten wird. Die Korrelationsvorrichtung 150 kann auch zuerst die Korrelation zwischen zwei Eingabesignalen finden und dann das Spektrumn der erhaltenen Korrelation analysieren und ein Kreuzspektrum an Stelle der obengenannten Verarbeitung erzeugen. Die gleichen Veränderungen können an den Korrelationsblöcken 920, 930 und 940 vorgenommen werden.
Das Verfahren, wodurch ein Kreuzspektrum, das Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand durch Frequenz-Vektormittlung in einer Vorrichtung kartiert wird, kann für Messapparaturen für Phasenrauschen sowie für andere Messapparaturen, die Korrelations- oder Kreuzspektrumverarbeitung verwenden, verwendet werden. Das vorstehend genannte Verfahren ist beispielsweise für FFT-Analyzer wirksam, die Korrelation verwenden, um den Effekt von internem Rauschen auf Messergebnisse zu verringern. D.h. eine Vektoranalyse in Richtung der Frequenz ist auch für die Kartierung eines Kreuzspektrums von Signalen, die durch Verteilen von zu prüfenden Signalen erhalten werden, auf Frequenzen mit logarithmischem Abstand wirksam. Das Gleiche gilt für Verfahren, durch die ein Spektrum, das in einen vorbestimmten Frequenzbereich von Frequenzen mit logarithmischem Abstand fällt, aus Spektren ausgewählt wird, die Frequenzen mit linearem Abstand entsprechen, und das ausgewählte Spektrum vektorgemittelt wird. Außerdem lässt sich das Gleiche auf Verfahren anwenden, bei denen Vektormittlung in Richtung der Frequenz an einem Spektrum durchgeführt wird, das Frequenzen mit linearem Abstand entspricht, wenn die Objekte der Mittlung mit zunehmender Frequenz logarithmisch zunehmen.

Claims

Verfahren zum Messen von Phasenrauschen, umfasend: das Erzeugen von ersten Phasensignalen, die die Phase der zu prüfenden Signale darstellen, mit ersten lokalen Signalen, die unter Bezug auf erste Bezugssignale erzeugt werden; das Erzeugen von zweiten Phasensignalen, die die Phase der zu prüfenden Signale darstellen, mit zweiten lokalen Signalen, die unter Bezug auf zweite Bezugssignale erzeugt werden, deren Frequenz sich von der der ersten Bezugssignale unterscheidet; und Finden der Kreuzkorrelation oder des Kreuzspektrums zwischen den ersten Phasensignalen und den zweiten Phasensignalen.
Verfahren zum Messen von Phasenrauschen nach Anspruch 1, wobei der Frequenzunterschied zwischen den ersten Bezugssignalen und den zweiten Bezugssignalen mindestens gleich der Frequenz ist, die der Kehrwert der Zeit ist, auf die eine Kreuzkorrelations- oder Kreuzspektrumverarbeitung zielt.
Apparatur zum Messen von Phasenrauschen von zu prüfenden Signalen durch ein Verfahren, umfassend: das Erzeugen erster Phasensignale, die die Phase von zu prüfenden Signalen darstellt, mit ersten lokalen Signalen, die unter Bezug zu den ersten Bezugssignalen erzeugt wurden; das Erzeugen von zweiten Phasensignalen, die die Phase der zu prüfenden Signale darstellen, mit zweiten lokalen Signalen, die unter Bezug auf zweite Bezugssignale erzeugt werden, deren Frequenz sich von der der ersten Bezugssignale unterscheidet; und Finden der Kreuzkorrelation oder des Kreuzspektrums zwischen den ersten Phasensignalen und den zweiten Phasensignalen.
Apparatur nach Anspruch 3, wobei der Frequenzunterschied zwischen den ersten Bezugsignalen und den zweiten Bezugssignalen mindestens gleich der Frequenz ist, die der Kehrwert der Zeit ist, auf die eine Kreuzkorrelations- oder Kreuzspektrumverarbeitung zielt.
Apparatur zum Messen des Phasenrauschens der zu prüfenden Signale durch Kreuzkorrelations- oder Kreuzspektrumverarbeitung, umfassend eine Mehrzahl von Signalquellen, wobei jede der Signalquellen Bezugssignale verschiedener Frequenzen betrifft.
Apparatur zum Messen des Phasenrauschens der zu prüfenden Signale, umfassend: einen ersten Phasendetektor zum Erfassen der Phase der zu prüfenden Signale; einen zweiten Phasendetektor zum Erfassen der Phase der zu prüfenden Signale; einen Kreuzkorrelator zum Finden der Kreuzkorrelation oder des Kreuzspektrums zwischen den Phasensignalen, die von dem ersten Phasendetektor erfasst werden, und den Phasensignalen, die vom zweiten Phasendetektor erfasst werden, wobei der erste Phasendetektor eine erste Signalquelle zur Phasenerfassung umfasst; wobei der zweite Phasendetektor eine zweite Signalquelle zur Phasenerfassung umfasst; und wobei die erste Signalquelle und die zweite Signalquelle Bezugssignale verschiedener Frequenzen betreffen.
Apparatur zum Messen von Phasenrauschen nach Anspruch 6, zudem umfassend: einen ersten Signal-Prozessor mit einer dritten Signalquelle, wobei sich der erste Signalprozessor stromaufwärts des ersten Phasendetektors befindet; und einen zweiten Signal-Prozessor mit einer vierten Signalquelle, wobei sich der zweite Signalprozessor stromaufwärts des zweiten Phasendetektors befindet wobei die erste, zweite, dritte und vierte Signalquelle Bezugssignale verschiedener Frequenzen betreffen.
Apparatur zum Messen von Phasenrauschen nach Anspruch 6, wobei der Frequenzunterschied zwischen den Bezugsignalen mindestens gleich der Frequenz ist, die der Kehrwert der Zeit ist, auf die eine Kreuzkorrelations- oder Kreuzspektrumverarbeitung zielt.
Apparatur zum Messen von Phasenrauschen nach Anspruch 5, wobei der Frequenzunterschied zwischen den Bezugsignalen mindestens gleich der Frequenz ist, die der Kehrwert der Zeit ist, auf die eine Kreuzkorrelations- oder Kreuzspektrumverarbeitung zielt.