DE102013222179A1

DE102013222179A1 - Ein auf digitaler Lokaloszillation basierendes, mit Hochgeschwindigkeitsabtastung betriebenes Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem und das zugehörige Verfahren

Info

Publication number: DE102013222179A1
Application number: DE201310222179
Authority: DE
Inventors: Shuang Chen
Original assignee: Shanghai TransCom Instruments Co Ltd
Current assignee: Shanghai TransCom Instruments Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-07-03
Also published as: CN103067104A; CN103067104B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein auf digitaler Lokaloszillation basierendes, mit Hochgeschwindigkeitsabtastung betriebenes Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem, bestehend aus einem Hochfrequenzumwandler, einer Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit und einer digitalen Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit, die in Serie geschaltet sind, wobei die digitale Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit einen programmierbaren Digitaloszillator und ein mit digitaler Abtastung versehenes Synchronsteuerungsmodul ausweist, welches mit einem IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul über einen programmierbaren Digitaloszillator elektrisch verbunden ist und ferner jeweils an einer ersten Lokaloszillationseinrichtung, einem Detektor sowie einem FFT-Umsetzer angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Synchronsteuerverfahren für die Abtastung während der Hochfrequenzsignal-Spektralmessung mit diesem Messsystem. Das so ausgeführte Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem und das zugehörige Verfahren können die Abtastzeit massiv verkürzen, die Lokaloszillationsfrequenzpräzision des Abtastprozesses verbessern und sind auf Grund vereinfachter Schaltungshardware, abgesenkter Kosten, stabilen Betriebsverhaltens sowie umfangreiche Tauglichkeit vorteilhaft.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Branche der Spektralanalyse, insbesondere das technische Feld der Hochfrequenzsignal-Spektralmessung, und es handelt sich um ein auf digitaler Lokaloszillation basierendes, mit Hochgeschwindigkeitsabtastung betriebenes Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem und das zugehörige Verfahren.
Hintergrund der Erfindung
Die Spektralanalyse ermöglicht das Ermitteln der durch Messungen im Zeitbereich nicht erfassbaren Sonderdaten wie Oberwellenanteil, parasitäre Anteile, Kreuzmodulation und Rauschseitenband und dient als ein unentbehrliches Verfahren zum Signalmessen. Im Stand der Technik finden die Superhet-Spektralanalysegeräte angesichts des breiten Frequenzbandes, des großen Dynamikbereichs, der hohen Empfindlichkeit sowie des guten Preis-Leistungsverhältnisses eine umfangreiche Anwendung. Mit den Entwicklungen der softwaregesteuerten Funktechnik und der Großintegrationstechnologie ist die Volldigital-Zwischenfrequenztechnik aufgrund der hohen Plausibilität, Genauigkeit und Stabilität in die Superhet-Spektralanalysegeräte eingeleitet. In 1 ist das Blockschema für ein typisches Superhet-Spektralanalysegerät mit eingeleiteter Digital-Zwischenfrequenz dargestellt. Das Funktionsprinzip sieht folgendermaßen aus:
Das Breitband-Hochfrequenzsignal läuft jeweils durch den Abschwächer (Attenuator) und Vorfilter auf den Frequenzmischer ein. Die vermischte Frequenz wird in eine niederstufige Zwischenfrequenz umgewandelt. Daraufhin findet eine A/D-Umwandlung nach dem Schrittverstärken und Glättungsfiltern statt, damit sich das Signal in das Hochgeschwindigkeitsdigitalsignal für weitere Verarbeitung konvertiert. Nach dem digitalen Abwärtswandeln (DDC) und Auflösebandbreitenfiltern wird das Digital-Signal detektiert und mit den Ergebnissen angezeigt. Um wiederholt plausible Messergebnisse zu gewinnen, generiert der Wobbelgenerator ein Wobbelsynchronisationssignal.
Um den Breitbandmessbetrieb abzustimmen sowie die Probleme bezüglich der Frequenzmischer-Bildfrequenz und Reaktion außerhalb des Bandes zu überwinden, wird für die angezeigte Mischeinrichtung im Allgemeinen eine mehrstufige (normalerweise 2- oder 3-stufige) Zwischen- und Hochfrequenzwandlungsanordnung eingesetzt, wobei der Lokaloszillator als ein entscheidendes Glied in dem Spektralanalysegerät dient (siehe 2). In 2 ist eine 3-stufige Zwischen- und Hochfrequenzwandlungsanordnung dargestellt, worin alle ausgemessenen Signale auf einer Zwischenfrequenz, deren Festfrequenz IF3 entspricht, umgesetzt werden. Für die erststufige Frequenzwandlung wird ein Zwischen- und Hochfrequenzkonzept eingeleitet, d. h. die Zwischenfrequenz größer als die Hochfrequenz. In diesem Zusammenhang muss die erste Lokaloszillation einen bestimmten Frequenzbereich überdecken und mit sämtlichen Abtastungsschaltungen gleichlaufend abstimmen, um die Anforderung des Frequenzmessbereichs zu erfüllen. Bei den zweitstufigen und drittstufigen Frequenzwandlungen resultiert die feste Lokaloszillationsfrequenz daraus, dass sowohl die Eingabe als auch die Ausgabe jeweils als eine Festfrequenz dienen. Die Abstimmungsgleichung der kompletten Anordnung lautet: f_1stLO – f_RF = f_1stIF f_1stIF – f_2ndLO = f_2ndIF f_2ndIF – f_3rdLO = f_3rdIF
In der Formel ist

• f_RF die Eingabe-Hochfrequenz,
• f_1stLO die erste Lokaloszillationsfrequenz,
• f_1stIF die erste Zwischenfrequenz,
• f_2ndLO die zweite Lokaloszillationsfrequenz,
• f_2ndIF die zweite Zwischenfrequenz,
• f_3rdLO die dritte Lokaloszillationsfrequenz und
• f_3rdIF die dritte Zwischenfrequenz.

Anhand dieser Gleichung kann man erkennen, dass die Messauflösung des gesamten Konzeptes von der ersten Lokaloszillation f_1stIF abhängig ist. Um eine schmalere Frequenz-Auflösung zu verwirklichen, soll die Frequenzauflösung der ersten Lokaloszillation mindestens größer als die RBW (Resolution Bandwidth) sein.
Da der Messfrequenzbereich des Mikrowellenspektrometers für die Breitband-Hochfrequenz sehr breit ist und sich die Überdeckung somit von Null Hz (DC) bis Dutzende GHz erstrecken kann, bestehen die folgenden Probleme aufgrund dieser Systemanordnung:

(1) Für die Breitband-Spektralanalyse müssen die Frequenzbandbreiten der Lokaloszillationseinrichtungen identisch sein; zudem soll die Auflösung des Lokaloszillationssignals mindestens eine Hz-Stufe erreichen. In diesem Fall wird ein Lokaloszillationssignal mit den erforderlichen Beschaffenheiten wie breitem Frequenzband, hoher Auflösung und weniger Zerstreuung gefordert. Um diese Anforderung zu erfüllen, muss eine große Menge von komplizierten, präzisen Schaltungstechniken, z. B. Dezimale-Frequenzteilungstechnik, Σ – Δ Modulationstechnik, API und DDS, eingesetzt werden, so dass die Kompliziertheit, die Kosten, das Volumen und die Leistungsaufnahme der Anlage massiv erhöht werden müssen, und zwar bei verringerter Zuverlässigkeit.
(2) Beschränkt durch die Stabilisationszeit des Lokaloszillators und die Reaktionszeit des Zwischenfrequenzfilters bleibt die Abtastzeit als der die Messgeschwindigkeit des Spektralanalysegerätes maßgeblich bestimmende Parameter relativ zu lang. Dieses Problem kann sich auf die Echtzeit der Messung auswirken und manchmal als eine fatale Schwäche bei bestimmter Transient-Signalmessung wirken. Im Allgemeinen hängt die Breitband-Abtastgeschwindigkeit überwiegend von der Lokaloszillationsstabilität ab und kann 10 ms/GHz erreichen. Die Schmalband-Abtastung wird durch die Zwischenfrequenz-Filterungsreaktionszeit beschränkt. Mit der Abtastbreite 10 MHz und der RBW 100 kHz beträgt beispielsweise die positive Abtastdauer ca. 10 ms.
(3) Der komplette Abtastprozess wird durch den sich aus der simulierten Rampenspannung ergebenden Wobbelgenerator angesteuert. Die aus dem Analog-Signal resultierenden Probleme wie inkorrekte Abtastzeit und verschlechterte Frequenzmessgenauigkeit, welche zu Störungen oder nichtlinearen Fällen führen, bedürfen nachträglicher Kalibrationen.

Inhalt der Erfindung
Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein auf digitaler Lokaloszillation basierendes, mit Hochgeschwindigkeitsabtastung betriebenes Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem und das zugehörige Verfahren bereitzustellen, um die Anforderung der Frequenzauflösung des ersten Lokaloszillators wirksam zu senken, die Abtastgeschwindigkeit und die Lokaloszillationsfrequenzpräzision des Abtastprozesses zu erhöhen, und die Vorteile wie praktisch vereinfachte Stromkreisanordnung, einfache Ansteuerung, beträchtlich reduzierte Kosten, plausible Betriebsbeschaffenheit, umfangreiche Tauglichkeit, usw. zu erfüllen.
Zum Lösen der Aufgabe werden mit der Erfindung ein auf digitaler Lokaloszillation basierendes, mit Hochgeschwindigkeitsabtastung betriebenes Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem und das zugehörige Verfahren mit jeweils den nachfolgend beschriebenen Merkmalen vorgeschlagen:
Das auf digitaler Lokaloszillation basierende, mit Hochgeschwindigkeitsabtastung betriebene Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem, welches eine Serienschaltung mit einem Hochfrequenzumwandler, einer Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit und einer digitalen Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit aufweist, ist dadurch gekennzeichnet,

– dass der Hochfrequenzumwandler eine Serienschaltung mit einem Hochfrequenzeingangs-Abschwächer, ein Vorfilter, einem ersten Frequenzwandlungsmodul mit einem ersten Frequenzmischer, ein erstes Bandpassfilter sowie einer ersten Lokaloszillationseinrichtung, und einem zweiten Frequenzwandlungsmodul aufweist, wobei das Vorfilter mit dem zweiten Frequenzwandlungsmodul sequentiell über den ersten Frequenzmischer und das erste Bandpassfilter elektrisch verbunden ist, wobei die erste Lokaloszillationseinrichtung an dem Eingang des ersten Frequenzmischers angeschlossen ist, während der Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls an den Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit angeschlossen ist,
– dass die digitale Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit ein mit digitaler Abtastung versehenes Synchronsteuerungsmodul, einen programmierbaren Digitaloszillator, ein IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul, einen Detektor oder einen FFT-Umsetzer sowie einen Speicher aufweist, wobei die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit mit dem Speicher sequentiell über das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul, den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, während das mit digitaler Abtastung versehene Synchronsteuerungsmodul mit dem IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul über den programmierbaren Digitaloszillator elektrisch verbunden ist und ferner jeweils an der ersten Lokaloszillationseinrichtung, dem Detektor oder FFT-Umsetzer angeschlossen ist.

Dieses Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem kann darüber hinaus dadurch gekennzeichnet sein, dass das mit digitaler Abtastung versehene Synchronsteuerungsmodul einen Ablaufpulssignalgeber, einen Phasenlagenakkumulator, eine Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle sowie eine Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle umfasst, wobei der Ablaufpulssignalgeber mit dem programmierbaren Digitaloszillator über den Phasenlagenakkumulator, mit dem Eingang des Phasenlagenakkumulators über die Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle, mit der ersten Lokaloszillationseinrichtung über die Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle, und ferner mit dem Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, wobei der Eingang des Phasenlagenakkumulators noch an dem Ausgang des Phasenlagenakkumulators angeschlossen ist.
Dieses Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem kann ferner zweckmäßigerweise dadurch gekennzeichnet sein, dass das zweite Frequenzwandlungsmodul einen zweiten Frequenzmischer, ein zweites Bandpassfilter, eine zweite Lokaloszillationseinrichtung umfasst, wobei das erste Bandpassfilter an dem Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit sequentiell über den zweiten Frequenzmischer und das zweite Bandpassfilter angeschlossen ist, während die zweite Lokaloszillationseinrichtung an dem Eingang des zweiten Frequenzmischers angeschlossen ist.
Dieses Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem kann vorteilhafterweise ferner ein drittes Frequenzwandlungsmodul umfassen, welches zwischen den Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls und den Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit seriell geschaltet ist.
Bei diesem Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem kann auch vorgesehen sein, dass das dritte Frequenzwandlungsmodul einen dritten Frequenzmischer, ein drittes Bandpassfilter sowie eine dritte Lokaloszillationseinrichtung umfasst, wobei das zweite Frequenzwandlungsmodul in Serie über den dritten Frequenzmischer und das dritte Bandpassfilter an dem Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit angeschlossen ist, während die dritte Lokaloszillationseinrichtung an dem Eingang des dritten Frequenzmischers angeschlossen ist.
Dieses Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem kann zweckmäßigerweise zusätzlich so ausgestaltet sein, dass das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul einen IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandler, ein Tiefpassfilter für I-Digitalsignal, ein Dezimationsfilter für I-Digitalsignal, ein auflösebandbreitenformendes Filter für I-Digitalsignal sowie ein Tiefpassfilter für Q-Digitalsignal, ein Dezimationsfilter für Q-Digitalsignal und ein auflösebandbreitenformendes Filter für Q-Digitalsignal aufweist, wobei die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit mit dem Speicher in Serie über den I-Signalausgang des IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandlers, das Tiefpassfilter für I-Digitalsignal, das Dezimationsfilter für I-Digitalsignal, das auflösebandbreitenformende Filter für I-Digitalsignal sowie den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, während der Q-Signalausgang des IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandlers mit dem Speicher sequentiell über das Tiefpassfilter für Q-Digitalsignal, das Dezimationsfilter für Q-Digitalsignal, das auflösebandbreitenformende Filter für Q-Digitalsignal sowie den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist.
Bei diesem Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit einen sequentiell seriell beschalteten Mehrstufen-Verstärker, ein Glättungsfilter sowie einen A/D-Hochgeschwindigkeitswandler aufweist, wobei das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul an dem Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls in Serie über den Mehrstufen-Verstärker, das Glättungsfilter und den A/D-Hochgeschwindigkeitswandler angeschlossen ist.
Das Synchronsteuerverfahren für die Abtastung während einer Hochfrequenzsignal-Spektralmessung mit dem Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem gemäß einer der zuvor genannten Varianten umfasst die folgenden Schritte:

(1) Berechnen der ersten Lokaloszillationsfrequenz der ersten Lokaloszillationseinrichtung anhand der derzeitig abgetasteten Mittenfrequenz durch dieses Spektralmesssystem,
(2) Berechnen der zwischenfrequenzbezogenen Startfrequenz und Endfrequenz für die derzeitige Abtastung durch dieses Spektralmesssystem,
(3) Berechnen des Abtastfrequenzbereichs des programmierbaren Digitaloszillators,
(4) Berechnen des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators anhand des ermittelten Abtastfrequenzbereichs,
(5) Berechnen des Frequenzsteuer-Bit für den Endpunkt des Digitaloszillators anhand des ermittelten Abtastfrequenzbereichs,
(6) Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators,
(7) Speichern des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators sowie des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators in der Registertabelle des mit digitaler Abtastung versehenen Synchronsteuerungsmoduls.

Bei diesem Synchronsteuerverfahren kann vorgesehen sein, dass das Berechnen der ersten Lokaloszillationsfrequenz der ersten Lokaloszillationseinrichtung nach der Auswahl eines der Mittenfrequenz am nächsten kommenden Ist-Lokaloszillationsfrequenzwertes als die erste Lokaloszillationsfrequenz erfolgt.
Dieses Synchronsteuerverfahren kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das Berechnen der zwischenfrequenzbezogenen Startfrequenz und Endfrequenz für die derzeitige Abtastung durch dieses Spektralmesssystem folgendermaßen erfolgt:

(21) Berechnen der Startfrequenz f_{3rdIF_Start} der momentan abgetasteten Zwischenfrequenz anhand der folgenden Formel: f_{3rdIF_Start} = f_1stLO – f_Start – f_2ndLO – f_3rdLO dabei gilt f_1stLO als die Lokaloszillationsfrequenz der ersten Lokaloszillationseinrichtung, f_Start als die Startfrequenz des Hochfrequenz-Eingabesignals, f_2ndLO als die Lokaloszillationsfrequenz der zweiten Lokaloszillationseinrichtung, f_3rdLO als die Lokaloszillationsfrequenz der dritten Lokaloszillationseinrichtung.
(22) Berechnen der Endfrequenz f_{3rdIF_Stop} der momentan abgetasteten Zwischenfrequenz anhand der folgenden Formel: f_{3rdIF_Stop} = f_1stLO – f_Stop – f_2ndLO – f_3rdLO dabei gilt f_Stop als die Endfrequenz des Hochfrequenz-Eingabesignal.

Dieses Synchronsteuerverfahren kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, dass das Berechnen des Abtastfrequenzbereichs des programmierbaren Digitaloszillators folgendermaßen erfolgt:
Berechnen der Startfrequenz f_{DDCLO_Start} und der Endfrequenz f_{DDCLO_Stop} des Abtastfrequenzbereich des programmierbaren Digitaloszillators anhand der folgenden Formel: f_{DDCLO_Start} = f_ADS – f_{3rdIF_Start} f_{DDCLO_Stop} = f_ADS – f_{3rdIF_Stop} wobei f_ADS die Probenahmefrequenz des A/D-Hochgeschwindigkeitswandlers ist.
Bei diesem Synchronsteuerverfahren kann vorgesehen sein, dass das Berechnen des Frequenzsteuer-Bit des Startpunktes des Digitaloszillators folgendermaßen erfolgt:
Berechnen des Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Start} des Startpunktes des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt f_{DDC_DDS_CLK} als die Taktfrequenz des Digitaloszillators, N als die Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators.
Ferner kann bei diesem Synchronsteuerverfahren vorgesehen sein, dass das Berechnen des Frequenzsteuer-Bit des Endpunktes des Digitaloszillators folgendermaßen erfolgt:
Berechnen des Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Stop} des Endpunktes des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt f_{DDC_DDS_CLK} als die Taktfrequenz des Digitaloszillators, N als die Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators.
Dieses Synchronsteuerverfahren kann dadurch gekennzeichnet sein, dass das Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators folgendermaßen vorgeht:
Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit D_{DDCLO_Step} des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt D_{DDCLO_Start} als das Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillator-Startpunktes, D_{DDCLO_Stop} als das Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillator-Endpunktes, P_Sweep als die Scanpunktzahl des Breitband-Hochfrequenzsignals, P_SBuc als die Zahl der laufenden Prozesse zwischen den beiden benachbarten Scanpunkten.
Bei diesem Synchronsteuerverfahren kann das Speichern des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators sowie des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators auf die Registertabelle des mit digitaler Abtastung versehenen Synchronsteuerungsmoduls wie folgt erfolgen:
das Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Start} des Digitaloszillator-Startpunktes wird in der Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle abgelegt, während das Frequenzakkumulations-Bit D_{DDCLO_Step} des Digitaloszillators in der Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle abgelegt wird.
Da mit der Erfindung eine integrale Abtastungsart (erste Lokaloszillation + digitale Lokaloszillation) für das erfindungsgemäße Breitband-Hochfrequenz-Spektralmesssystem bzw. das zugehörige Verfahren vorgeschlagen wird, kann sich die Anforderung der Frequenzauflösung des ersten Lokaloszillators mit einem sehr breiten Frequenzband massiv senken, und zwar vom Hz-Bereich auf den MHz-Bereich. Dies kann das IC-Schaltungsdesign der ersten Lokaloszillationsfrequenz vereinfachen, die Zusammensetzung der Einzelschleifenfrequenzen gleichzeitig verwirklichen und besseres Soll-Rausch für die Phasenlage erbringen. Weil kein Stabilisationszeitproblem bei dem digitalen Lokaloszillator besteht und die sämtliche Abtastzeit massiv verkürzt wird, so dass die Breitband-Abtastgeschwindigkeit mehr als 500 μs/GHz erreicht und somit um mehr als das 20-Fache im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren steigt. Der gesamte Abtastprozess lässt sich deshalb vollständig digitalisieren und sich die Lokaloszillationsfrequenzpräzision des Abtastprozesses verbessern, wobei die Genauigkeit nur von der Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators abhängig ist und eine auf Ultrahochfrequenz erhöhte Stufe erreichen kann. Dank der vereinfachten Schaltungshardware und der Entbehrlichkeit einer zusätzlichen Schaltung für die digitale Abtastung sind die komplette Schaltungsgröße und die Leistungsaufnahme massiv verringert, die Plausibilität und Stabilität beträchtlich verbessert und die Vorteile wie einfache Ansteuerung, beträchtlich reduzierte Kosten, plausible Betriebsbeschaffenheit, umfangreiche Tauglichkeit, usw., gegeben.
Zeichnungsbeschreibung
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung, in der
1 eine Ansicht des Funktionsmoduls für das Superhet-Spektralanalysegerät mit einer digitalen Zwischenfrequenzausführung,
2 eine Funktionsprinzipielles Diagramm der 3-stufigen Frequenzwandlungsanordnung mit einer Zwischen- und Hochfrequenzausführung,
3 eine Ansicht des kompletten Schaltungsmoduls des erfindungsgemäßen Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystems,
4 eine Wellenformansicht der komplett durchgeführten Abtastungsergebnisse durch den Digitaloszillators des erfindungsgemäßen Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystems und
5 eine konstruktive Ansicht des Schaltungsmoduls in dem mit digitaler Abtastung versehenen Synchronsteuerungsmodul des erfindungsgemäßen Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystems
zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Wie in 3 bis 5 dargestellt ist, weist das auf digitaler Lokaloszillation basierende, mit Hochgeschwindigkeitsabtastung betriebene Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem eine Serienschaltung mit Hochfrequenzumwandler, einer Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit und einer digitalen Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit auf, wobei der Hochfrequenzumwandler eine Serienschaltung mit einem Hochfrequenzeingangs-Abschwächer, ein Vorfilter, einem ersten Frequenzwandlungsmodul mit einem ersten Frequenzmischer, ein erstes Bandpassfilter sowie einer ersten Lokaloszillationseinrichtung, und einem zweiten Frequenzwandlungsmodul aufweist, wobei das Vorfilter mit dem zweiten Frequenzwandlungsmodul sequentiell über den ersten Frequenzmischer und das erste Bandpassfilter elektrisch verbunden ist, wobei die erste Lokaloszillationseinrichtung an den Eingang des ersten Frequenzmischers angeschlossen ist, während der Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls an den Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit angeschlossen ist.
Die digitale Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit weist ein mit digitaler Abtastung versehenes Synchronsteuerungsmodul, einen programmierbaren Digitaloszillator, ein IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul, einen Detektor oder einen FFT-Umsetzer sowie einen Speicher auf, wobei die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit mit dem Speicher sequentiell über das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul, den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, während das mit digitaler Abtastung versehene Synchronsteuerungsmodul mit dem IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul über den programmierbaren Digitaloszillator elektrisch verbunden ist und ferner jeweils an der ersten Lokaloszillationseinrichtung, dem Detektor oder FFT-Umsetzer angeschlossen ist.
Das zweite Frequenzwandlungsmodul umfasst einen zweiten Frequenzmischer, ein zweites Bandpassfilter, eine zweite Lokaloszillationseinrichtung, wobei das erste Bandpassfilter an dem Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit sequentiell über den zweiten Frequenzmischer und das zweite Bandpassfilter angeschlossen ist, während die zweite Lokaloszillationseinrichtung an dem Eingang des zweiten Frequenzmischers angeschlossen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst dieses Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem ein drittes Frequenzwandlungsmodul, welches seriell zwischen dem Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls und dem Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit geschaltet ist. Das dritte Frequenzwandlungsmodul umfasst einen dritten Frequenzmischer, ein drittes Bandpassfilter sowie eine dritte Lokaloszillationseinrichtung, wobei das zweite Frequenzwandlungsmodul sequentiell über den dritten Frequenzmischer und das dritte Bandpassfilter in Serie an den Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit angeschlossen ist, während die dritte Lokaloszillationseinrichtung an den Eingang des dritten Frequenzmischers angeschlossen ist.
Das mit digitaler Abtastung versehene Synchronsteuerungsmodul umfasst einen Ablaufpulssignalgeber, einen Phasenlagenakkumulator, eine Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle sowie eine Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle, wobei der Ablaufpulssignalgeber mit dem programmierbaren Digitaloszillator über den Phasenlagenakkumulator, mit dem Eingang des Phasenlagenakkumulators über die Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle, mit der ersten Lokaloszillationseinrichtung über die Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle, und ferner mit dem Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, wobei der Eingang des Phasenlagenakkumulators noch an den Ausgang des Phasenlagenakkumulators angeschlossen ist.
Das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul weist einen IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandler, ein Tiefpassfilter für I-Digitalsignal, ein Dezimationsfilter für I-Digitalsignal, ein auflösebandbreitenformendes Filter für I-Digitalsignal sowie ein Tiefpassfilter für Q-Digitalsignal, ein Dezimationsfilter für Q-Digitalsignal und ein auflösebandbreitenformendes Filter für Q-Digitalsignal auf, wobei die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit mit dem Speicher in Serie über den I-Signalausgang des IQ-Orthogonoal-Digital-Abwärtswandlers, das Tiefpassfilter für I-Digitalsignal, das Dezimationsfilter für I-Digitalsignal, das auflösebandbreitenformende Filter für I-Digitalsignal sowie den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, während der Q-Signalausgang des IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandlers mit dem Speicher sequentiell über das Tiefpassfilter für Q-Digitalsignal, das Dezimationsfilter für Q-Digitalsignal, das auflösebandbreitenformende Filter für Q-Digitalsignal sowie den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist.
Bei diesem Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem ist die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit mit einer Serienschaltung mit Mehrstufen-Verstärker, einem Glättungsfilter sowie einem A/D-Hochgeschwindigkeitswandler versehen, wobei das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul an dem Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls sequentiell über den Mehrstufen-Verstärker, das Glättungsfilter und den A/D-Hochgeschwindigkeitswandler angeschlossen ist.
In der praktischen Anwendung weist das erfindungsgemäße Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem (siehe 3) einen Hochfrequenzumwandler, eine Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit und eine digitalen Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit auf:

(1) Der Hochfrequenzumwandler wandelt das Hochfrequenz-Eingabesignal in ein stabiles Zwischenfrequenzsignal um, wobei der Prozess mit zweimaliger Frequenzwandlung oder mit dreimaliger Frequenzwandlung erfolgen kann. Der Hochfrequenzumwandler weist einen Hochfrequenzeingangs-Abschwächer, ein Vorfilter, einen ersten Frequenzmischer, einen ersten Lokaloszillator, ein erstes Bandpassfilter, einen zweiten Frequenzmischer, einen zweiten Lokaloszillator, ein zweites Bandpassfilter, einen dritten Frequenzmischer, einen dritten Lokaloszillator und ein drittes Bandpassfilter auf.
(2) Das Zwischenfrequenzsignal wird durch die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit verarbeitet bzw. in ein Hochgeschwindigkeitsdigitalsignal umgewandelt. Die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit weist einen mehrstufigen Verstärker, ein Glättungsfilter und einen A/D-Hochgeschwindigkeitswandler auf.
(3) Die digitale Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit dient zum Wandeln bzw. Filtern des Hochgeschwindigkeits-Digitalzwischenfrequenzsignals und zur Entnahme bzw. Speicherung der Messergebnisse. Die digitale Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit weist einen IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandler, einen programmierbaren Digitaloszillator (NCO), ein digitales Tiefpassfilter (DLF), ein Digitalsignal-Dezimationsfilter (R), ein auflösebandbreitenformendes Filter, einen Detektor (DET) oder FFT-Umsetzer, einen RAM, einen digitalisierten Wobbelgenerator und eine Steuerschaltung auf.

Anhand der Abbildung erkennt man, dass die sich aus der vorliegenden Erfindung ergebende wesentliche Verbesserung darin liegt, dass die Abtastungssteuerung statt wie im Stand der Technik lediglich an dem ersten Lokaloszillator nun durch die gleichzeitige Ansteuerung an dem ersten Lokaloszillator und dem Digitaloszillator (NCO) ersetzt ist und der komplette Abtastprozess somit vollständig digitalisiert ist. Dabei sieht die Betriebsweise folgendermaßen aus:
Die digitalisierte Rampengeneratorschaltung der herkömmlichen Schaltungsanordnung ist ersetzt durch eine digitale Synchronsteuerung zur Ansteuerung der Ausgangsfrequenz des ersten Lokaloszillators und des Digitaloszillators.
Dabei arbeitet die erste Lokaloszillation nicht mit kontinuierlicher Abtastungsausgabe, sondern schrittweise mit einem bestimmten Schrittmaß Δf, welcher als ein Festwert bei der Systemplanung je nach Kreislaufstruktur des ersten Lokaloszillators sowie Glättungsfaktor (z. B. 10 MHz oder 5 MHz) der digitalen Zwischenfrequenz vorgegeben wird. Um die Signalauswertung innerhalb des Schrittmaßes zu verwirklichen, wird die feine Abtastung durch den Digitaloszillator (NCO) in der digitalen Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit ausgeführt. Dieser Digitaloszillator kann einen Frequenzabtastschritt in Auflösung von 0.01 Hz oder noch höherer, je nach Länge des Digitaloszillator-Frequenzsteuer-Bit, verwirklichen. In dem positiven Abtastprozess führt der erste Lokaloszillator eine phasige Schrittabtastung aus, während der Digitaloszillator eine phasige Wiederholungsabtastung simultan durchführt. Daraus ergibt sich ein komplettes Abtastungsergebnis (siehe 4).
Die Grundlage der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Synchronsteuerung für die digitale Abtastung und wird anhand der Darstellung in 5 sowie der folgenden Beschreibung verwirklicht:
Die Synchronsteuerung für die digitale Abtastung weist einen Ablaufpulssignalgeber, einen Phasenlagenakkumulator, eine Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle und eine Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle auf, welche zum Synchronsteuern an dem ersten Lokaloszillator, dem Digitaloszillator und der Detektionsschaltung dienen.
Das Synchronsteuerverfahren für die Abtastung während der Hochfrequenzsignal-Spektralmessung mit dem Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem besteht aus den folgenden Schritten:

(1) Berechnen der ersten Lokaloszillationsfrequenz der ersten Lokaloszillationseinrichtung anhand der derzeitig abgetasteten Mittenfrequenz durch dieses Spektralmesssystem, was konkret folgendermaßen vorgeht: Auswahl eines der Mittenfrequenz am nächsten kommenden Ist-Lokaloszillationsfrequenzwertes als die erste Lokaloszillationsfrequenz,
(2) wobei das Berechnen der zwischenfrequenzbezogenen Startfrequenz und Endfrequenz für die derzeitige Abtastung durch dieses Spektralmesssystem folgendermaßen vorgeht: (a) Berechnen der Startfrequenz f_{3rdIF_Start} der momentan abgetasteten Zwischenfrequenz anhand der folgenden Formel: f_{3rdIF_Start} = f_1stLO – f_Start – f_2ndLO – f_3rdLO dabei gilt f_1stLO als die Lokaloszillationsfrequenz der ersten Lokaloszillationseinrichtung, f_Start als die Startfrequenz des Hochfrequenz-Eingabesignals, f_2ndLO als die Lokaloszillationsfrequenz der zweiten Lokaloszillationseinrichtung, f_3rdLO als die Lokaloszillationsfrequenz der dritten Lokaloszillationseinrichtung. (b) Berechnen der Endfrequenz f_{3rdIF_Stop} der momentan abgetasteten Zwischenfrequenz anhand der folgenden Formel: f_{3rdIF_Stop} = f_1stLO – f_Stop – f_2ndLO – f_3rdLO dabei gilt f_Stop als die Endfrequenz des Hochfrequenz-Eingabesignals.
(3) wobei das Berechnen des Abtastfrequenzbereichs des programmierbaren Digitaloszillators folgendermaßen vorgeht: Berechnen der Startfrequenz f_{DDCLO_Start} und der Endfrequenz f_{DDCLO_Stop} des Abtastfrequenzbereichs des programmierbaren Digitaloszillators anhand der folgenden Formel: f_{DDCLO_Start} = f_ADS – f_{3rdIF_Start}, f_{DDCLO_Stop} = f_ADS – f_{3rdIF_Stop}, Dabei gilt f_ADS als die Probenahmefrequenz des A/D-Hochgeschwindigkeitswandlers.
(4) Berechnen des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators anhand des ermittelten Abtastfrequenzbereichs, was konkret folgendermaßen vorgeht: Berechnen des Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Start} des Startpunktes des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt f_{DDC_DDS_CLK} als die Taktfrequenz des Digitaloszillators, N als die Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators.
(5) Berechnen des Frequenzsteuer-Bit für den Endpunkt des Digitaloszillators anhand des ermittelten Abtastfrequenzbereichs, was konkret folgendermaßen vorgeht: Berechnen des Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Stop} des Endpunktes des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt f_{DDC_DDS_CLK} als die Taktfrequenz des Digitaloszillators, N als die Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators.
(6) Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators, was konkret folgendermaßen vorgeht: Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit D_{DDCLO_Step} des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt D_{DDCLO_Start} als das Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillator-Startpunktes, D_{DDCLO_Stop} als das Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillator-Endpunktes, P_Sweep als die Scanpunktzahl des Breitband-Hochfrequenzsignals, P_SBuc als die Zahl der laufenden Prozesse zwischen den beiden benachbarten Scanpunkten.
(7) Wobei das Speichern des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators sowie des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators auf die Registertabelle des mit digitaler Abtastung versehenen Synchronsteuerungsmoduls wie folgt vorgeht: das Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Start} des Digitaloszillator-Startpunktes wird auf die Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle abgelegt, während das Frequenzakkumulations-Bit D_{DDCLO_Step} des Digitaloszillators auf die Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle abgelegt wird.

In der praktischen Anwendung läuft der konkrete Steuerprozess folgendermaßen ab:

(1) Berechnen der ersten Lokaloszillationsfrequenz anhand der abgetasteten Mittenfrequenz. Da die Auflösung des ersten Lokaloszillators nur Δf entspricht, soll ein der Mittenfrequenz am nächsten kommender Ist-Lokaloszillationswert ausgewählt werden.
(2) Berechnen der zwischenfrequenzbezogenen Startfrequenz und Endfrequenz für die derzeitige Abtastung anhand der Ist-Lokaloszillationsfrequenz bzw. laut der folgenden Formel: f_{3rdIF_Start} = f_1stLO – f_Start – f_2ndLO – f_3rdLO f_{3rdIF_Stop} = f_1stLO – f_Stop – f_2ndLO – f_3rdLO
(3) Berechnen des Digitaloszillator Abtastfrequenzbereichs laut der folgenden Formel: f_{DDCLO_Start} = f_ADS – f_{3rdIF_Start} f_{DDCLO_Stop} = f_ADS – f_{3rdIF_Stop} Dabei gilt f_ADS als die Probenahmefrequenz des A/D-Hochgeschwindigkeitswandlers (ADC).
(4) Berechnen des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillator-Startpunktes anhand f_{DDCLO_Start}:
Dabei gilt f_{DDC_DDS_CLK} als die Taktfrequenz des digitalen Lokaloszillators, N als die Länge des Frequenzsteuer-Bit des digitalen Lokaloszillators.
(5) Berechnen des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillator-Endpunktes anhand f_{DDCLO_Stop}:
(6) Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators D_{DDCLO_Step}:
(7) Übertragen des Digitaloszillator-Startfrequenz-Bit D_{DDCLO_Start} und des Digitaloszillator-Schritt Frequenz-Bit D_{DDCLO_Step} auf eine entsprechende Registertabelle.

Die erfindungsgemäße Ausführungsform hat folgende Vorteile im Vergleich mit den herkömmlichen Spektralanalysegeräten:

(1) Da mit der Erfindung eine integrale Abtastungsart (erste Lokaloszillation + digitale Lokaloszillation) vorgeschlagen wird, kann sich die Anforderung der Frequenzauflösung des ersten Lokaloszillators mit einem sehr breiten Frequenzband massiv senken, und zwar vom Hz-Bereich auf den MHz-Bereich. Damit der erste Lokaloszillator eine Hz-stufige Frequenzauflösung erreicht, und um die Anforderung in Bezug auf Zerstreuung und Soll-Rausch für die Phasenlage zu erfüllen, wird ein mehrkreisiges Frequenzsynthesekonzept in Anspruch genommen. Falls die Auflösung eine MHz-Stufe erreicht hat, kann eine Einzelkreis-Frequenzsynthese verwirklicht und ein besserer Soll-Rausch für die Phasenlage erzielt werden.
(2) Da der digitale Lokaloszillator kein Problem bezüglich der Stabilisationszeit hat, lässt sich die sämtliche Abtastzeit verbessern, kann beispielsweise die Breitband-Abtastgeschwindigkeit mehr als 500 μs/GHz erreichen und somit um mehr als das 20-Fache im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren steigen.
(3) Der gesamte Abtastprozess lässt sich deshalb vollständig digitalisieren und sich die Lokaloszillationsfrequenzpräzision des Abtastprozesses verbessern, wobei die Genauigkeit nur von der Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators abhängig ist und eine auf Ultrahochfrequenz erhöhte Stufe erreichen kann.
(4) Dank der vereinfachten Schaltungshardware und der Entbehrlichkeit einer zusätzlichen Schaltung für die digitale Abtastung sind die komplette Schaltungsgröße und die Leistungsaufnahme massiv verringert, die Plausibilität und Stabilität beträchtlich verbessert.
(5) Die Kosten sind massiv reduziert.

Da eine zusammengeschlossene Abtastungsart (erste Lokaloszillation + digitale Lokaloszillation) für das erfindungsgemäße Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem bzw. das zugehörige Verfahren eingeleitet ist, kann sich die Anforderung der Frequenzauflösung des ersten Lokaloszillators mit einem sehr breiten Frequenzband massiv senken, und zwar von einer Hz-Stufe auf eine MHz-Stufe. Dies kann das IC-Schaltungsdesign der ersten Lokaloszillationsfrequenz vereinfachen, die Zusammensetzung der Einzelschleifenfrequenzen gleichzeitig verwirklichen und besseren Soll-Rausch für die Phasenlage erbringen. Weil kein Stabilisationszeitproblem bei dem digitalen Lokaloszillator besteht und die sämtliche Abtastzeit massiv verkürzt wird, so dass die Breitband-Abtastgeschwindigkeit mehr als 500 μs/GHz erreicht und somit um mehr als das 20-Fache im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren steigt. Der sämtliche Abtastprozess lässt sich deshalb vollständig digitalisieren und sich die Lokaloszillationsfrequenzpräzision des Abtastprozesses verbessern, wobei die Genauigkeit nur von der Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators abhängig ist und eine als Ultrahochfrequenz höhere Stufe erreichen kann. Dank der vereinfachten Schaltungshardware und keiner zusätzlichen Schaltung für die digitale Abtastung sind die komplette Planungsgröße und die Leistungsaufnahme massiv verringert, die Plausibilität und Stabilität beträchtlich verbessert und die Vorteile wie leichtgängige Ansteuerung, beträchtlich reduzierte Kosten, plausible Betriebsbeschaffenheit, umfangreiche Tauglichkeit, usw., erbracht worden.
In den obigen Abschnitten sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt. Es ist jedoch zu bemerken, dass diese bevorzugten Ausführungsbeispiele den Bereich der Erfindung nicht beschränken, sondern nur zur Beschreibung der Erfindung dienen. In diesem Zusammenhang werden alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Auf digitaler Lokaloszillation basierendes, mit Hochgeschwindigkeitsabtastung betriebenes Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem, welches einen Hochfrequenzumwandler, eine Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit und eine digitale Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit aufweist und dadurch gekennzeichnet ist: – dass der Hochfrequenzumwandler eine Serienschaltung mit einem Hochfrequenzeingangs-Abschwächer, einem Vorfilter, einem ersten Frequenzwandlungsmodul mit einem ersten Frequenzmischer, einem ersten Bandpassfilter sowie einer ersten Lokaloszillationseinrichtung, und einem zweiten Frequenzwandlungsmodul aufweist, wobei das Vorfilter mit dem zweiten Frequenzwandlungsmodul sequentiell über den ersten Frequenzmischer und das erste Bandpassfilter elektrisch verbunden ist, wobei die erste Lokaloszillationseinrichtung an den Eingang des ersten Frequenzmischers angeschlossen ist, während der Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls an den Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit angeschlossen ist, – dass die digitale Zwischenfrequenzsignal-Auswerteeinheit ein mit digitaler Abtastung versehenes Synchronsteuerungsmodul, einen programmierbaren Digitaloszillator, ein IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul, einen Detektor oder einen FFT-Umsetzer sowie einen Speicher aufweist, wobei die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit mit dem Speicher sequentiell über das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul, den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, während das mit digitaler Abtastung versehene Synchronsteuerungsmodul mit dem IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul über den programmierbaren Digitaloszillator elektrisch verbunden ist und ferner jeweils an der ersten Lokaloszillationseinrichtung, dem Detektor oder FFT-Umsetzer angeschlossen ist.
Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit digitaler Abtastung versehene Synchronsteuerungsmodul einen Ablaufpulssignalgeber, einen Phasenlagenakkumulator, eine Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle sowie eine Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle umfasst, wobei der Ablaufpulssignalgeber mit dem programmierbaren Digitaloszillator über den Phasenlagenakkumulator, mit dem Eingang des Phasenlagenakkumulators über die Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle, mit der ersten Lokaloszillationseinrichtung über die Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle, und ferner mit dem Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, wobei der Eingang des Phasenlagenakkumulators noch an dem Ausgang des Phasenlagenakkumulators angeschlossen ist.
Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Frequenzwandlungsmodul einen zweiten Frequenzmischer, ein zweites Bandpassfilter, eine zweite Lokaloszillationseinrichtung umfasst, wobei das erste Bandpassfilter an dem Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit sequentiell über den zweiten Frequenzmischer und das zweite Bandpassfilter angeschlossen ist, während die zweite Lokaloszillationseinrichtung an dem Eingang des zweiten Frequenzmischers angeschlossen ist.
Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses System ferner ein drittes Frequenzwandlungsmodul umfasst, welches zwischen dem Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls und den Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit seriell geschaltet ist.
Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Frequenzwandlungsmodul einen dritten Frequenzmischer, ein drittes Bandpassfilter sowie eine dritte Lokaloszillationseinrichtung umfasst, wobei das zweite Frequenzwandlungsmodul in Serie über den dritten Frequenzmischer und das dritte Bandpassfilter an dem Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit angeschlossen ist, während die dritte Lokaloszillationseinrichtung an dem Eingang des dritten Frequenzmischers angeschlossen ist.
Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul einen IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandler, ein Tiefpassfilter für I-Digitalsignal, ein Dezimationsfilter für I-Digitalsignal, ein auflösebandbreitenformendes Filter für I-Digitalsignal sowie ein Tiefpassfilter für Q-Digitalsignal, ein Dezimationsfilter für Q-Digitalsignal und ein auflösebandbreitenformendes Filter für Q-Digitalsignal aufweist, wobei die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit mit dem Speicher in Serie über den I-Signalausgang des IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandlers, das Tiefpassfilter für I-Digitalsignal, das Dezimationsfilter für I-Digitalsignal, das auflösebandbreitenformende Filter für I-Digitalsignal sowie den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, während der Q-Signalausgang des IQ-Orthogonal-Digital-Abwärtswandlers mit dem Speicher sequentiell über das Tiefpassfilter für Q-Digitalsignal, das Dezimationsfilter für Q-Digitalsignal, das auflösebandbreitenformende Filter für Q-Digitalsignal sowie den Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist.
Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit einen seriell beschalteten Mehrstufen-Verstärker, ein Glättungsfilter sowie einen A/D-Hochgeschwindigkeitswandler aufweist, wobei das IQ-Orthogonalsignal-Sychronverarbeitungsmodul an dem Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls in Serie über den Mehrstufen-Verstärker, das Glättungsfilter und den A/D-Hochgeschwindigkeitswandler angeschlossen ist.
Synchronsteuerverfahren für die Abtastung während einer der mittels des Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystems nach Anspruch 1 erfolgenden Hochfrequenzsignal-Spektralmessung mit den folgenden Schritten; (1) Berechnen der ersten Lokaloszillationsfrequenz der ersten Lokaloszillationseinrichtung anhand der derzeitig abgetasteten Mittenfrequenz durch dieses Spektralmesssystem, (2) Berechnen der zwischenfrequenzbezogenen Startfrequenz und Endfrequenz für die derzeitige Abtastung durch dieses Spektralmesssystem, (3) Berechnen des Abtastfrequenzbereichs des programmierbaren Digitaloszillators, (4) Berechnen des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators anhand des ermittelten Abtastfrequenzbereichs, (5) Berechnen des Frequenzsteuer-Bit für den Endpunkt des Digitaloszillators anhand des ermittelten Abtastfrequenzbereichs, (6) Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators, (7) Speichern des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators sowie des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators in der Registertabelle des mit digitaler Abtastung versehenen Synchronsteuerungsmoduls.
Synchronsteuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen der ersten Lokaloszillationsfrequenz der ersten Lokaloszillationseinrichtung nach der Auswahl eines der Mittenfrequenz am nächsten kommenden Ist-Lokaloszillationsfrequenzwertes als die erste Lokaloszillationsfrequenz erfolgt.
Synchronsteuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Frequenzwandlungsmodul einen zweiten Frequenzmischer, ein zweites Bandpassfilter und eine zweite Lokaloszillationseinrichtung aufweist, wobei das erste Bandpassfilter an dem Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit seriell über den zweiten Frequenzmischer und das zweite Bandpassfilter angeschlossen ist, während die zweite Lokaloszillationseinrichtung an dem Eingang des zweiten Frequenzmischers angeschlossen ist, wobei das vorgenannte Breitband-Hochfrequenzsignal-Spektralmesssystem ferner mit einem dritten Frequenzwandlungsmodul versehen, welches einen dritten Frequenzmischer, ein drittes Bandpassfilter sowie eine dritte Lokaloszillationseinrichtung umfasst, wobei das zweite Frequenzwandlungsmodul sequentiell über den dritten Frequenzmischer und das dritte Bandpassfilter an dem Eingang der Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit angeschlossen ist, während die dritte Lokaloszillationseinrichtung an dem Eingang des dritten Frequenzmischers angeschlossen ist, wobei das Berechnen der zwischenfrequenzbezogenen Startfrequenz und Endfrequenz für die derzeitige Abtastung durch dieses Spektralmesssystem folgendermaßen vorgeht: (21) Berechnen der Startfrequenz f_{3rdIF_Start} der momentan abgetasteten Zwischenfrequenz anhand der folgenden Formel: f_{3rdIF_Start} = f_1stLO – f_Start – f_2ndLO – f_3rdLO dabei gilt f_1stLO als die Lokaloszillationsfrequenz der ersten Lokaloszillationseinrichtung, f_Start als die Startfrequenz des Hochfrequenz-Eingabesignals, f_2ndLO als die Lokaloszillationsfrequenz der zweiten Lokaloszillationseinrichtung, f_3rdLO als die Lokaloszillationsfrequenz der dritten Lokaloszillationseinrichtung. (22) Berechnen der Endfrequenz f_{3rdIF_Stop} der momentan abgetasteten Zwischenfrequenz anhand der folgenden Formel: f_{3rdIF_Stop} = f_1stLO – f_Stop – f_2ndLO – f_3rdLO dabei gilt f_Stop als die Endfrequenz des Hochfrequenz-Eingabesignal.
Synchronsteuerverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenfrequenzsignal-Konditionierungseinheit einen seriell beschalteten Mehrstufen-Verstärker, ein Glättungsfilter sowie einen A/D-Hochgeschwindigkeitswandler aufweist, wobei das IQ-Orthogonalsignal-Synchronverarbeitungsmodul an dem Ausgang des zweiten Frequenzwandlungsmoduls sequentiell über den Mehrstufen-Verstärker, das Glättungsfilter und den A/D-Hochgeschwindigkeitswandler angeschlossen ist, wobei das Berechnen des Abtastfrequenzbereichs des programmierbaren Digitaloszillators folgendermaßen vorgeht: Berechnen der Startfrequenz f_{DDCLO_Start} und der Endfrequenz f_{DDCLO_Stop} des Abtastfrequenzbereich des programmierbaren Digitaloszillators anhand der folgenden Formel: f_{DDCLO_Start} = f_ADS – f_{3rdIF_Start}, f_{DDCLO_Stop} = f_ADS – f_{3rdIF_Stop}, wobei f_ADS die Probenahmefrequenz des A/D-Hochgeschwindigkeitswandlers ist.
Synchronsteuerverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Frequenzsteuer-Bit des Startpunktes des Digitaloszillators folgendermaßen erfolgt: Berechnen des Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Start} des Startpunktes des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt f_{DDC_DDS_CLK} als die Taktfrequenz des Digitaloszillators, N als die Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators.
Synchronsteuerverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Frequenzsteuer-Bit des Endpunktes des Digitaloszillators folgendermaßen vorgeht: Berechnen des Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Stop} des Endpunktes des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt f_{DDC_DDS_CLK} als die Taktfrequenz des Digitaloszillators, N als die Länge des Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillators.
Synchronsteuerverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators folgendermaßen vorgeht: Berechnen des Frequenzakkumulations-Bit D_{DDCLO_Step} des Digitaloszillators anhand der folgenden Formel:
dabei gilt D_{DDCLO_Start} als das Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillator-Startpunktes, D_{DDCLO_Stop} als das Frequenzsteuer-Bit des Digitaloszillator-Endpunktes, P_Sweep als die Scanpunktzahl des Breitband-Hochfrequenzsignals, P_SBuc als die Zahl der laufenden Prozesse zwischen den beiden benachbarten Scanpunkten.
Synchronsteuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mit digitaler Abtastung versehene Synchronsteuerungsmodul einen Ablaufpulssignalgeber, einen Phasenlagenakkumulator, eine Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle sowie eine Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle umfasst, wobei der Ablaufpulssignalgeber mit dem programmierbaren Digitaloszillator über den Phasenlagenakkumulator, mit dem Eingang des Phasenlagenakkumulators über die Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle, mit der ersten Lokaloszillationseinrichtung über die Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle, und ferner mit dem Detektor oder FFT-Umsetzer elektrisch verbunden ist, wobei der Eingang des Phasenlagenakkumulators noch an dem Ausgang des Phasenlagenakkumulators angeschlossen ist, wobei das Speichern des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators sowie des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators auf die Registertabelle des mit digitaler Abtastung versehenen Synchronsteuerungsmoduls, wobei das Speichern des Frequenzsteuer-Bit für den Startpunkt des Digitaloszillators sowie des Frequenzakkumulations-Bit des Digitaloszillators auf die Registertabelle des mit digitaler Abtastung versehenen Synchronsteuerungsmoduls wie folgt erfolgt: das Frequenzsteuer-Bit D_{DDCLO_Start} des Digitaloszillator-Startpunktes wird in der Segmentierungs-Lokaloszillationsfrequenzsteuerungsregistertabelle abgelegt, während das Frequenzakkumulations-Bit D_{DDCLO_Step} des Digitaloszillators in der Segmentierungs-Phasenlagenakkumulatorregistertabelle abgelegt wird.