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Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung, insbesondere
einen vektoriellen Netzwerkanalysator. Netzwerkanalysatoren dienen
der Charakterisierung eines Meßobjekts
durch Messung von Wellengrößen, insbesondere
von S-Parametern.
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Wenn das Meßobjekt beispielsweise ein 2-Tor
ist, wird in einer Vorwärts-Messung
die zu einem ersten Tor des Meßobjekts
laufende Welle, die von dem ersten Tor des Meßobjekts reflektierte Welle sowie
die durch das Meßobjekt
transmittierte und an dem zweiten Tor austretende (vorwärts übertragene) Welle
gemessen. Bei einer Rückwärts-Messung
wird die zu dem zweiten Tor des Meßobjekts laufende Welle, die
von dem zweiten Tor reflektierte Welle sowie die durch das Meßobjekt
transmittierte und am ersten Tor austretende (rückwärts übertragene) Welle gemessen.
Aus diesen gemessenen Wellengrößen können dann
verschiedene Parameter berechnet werden, beispielsweise die sogenannten
S-Parameter, der Reflexionsfaktor, die Verstärkung oder die Eingangs- bzw.
Ausgangsimpedanz. Wird nur die Amplitude der Wellen erfaßt, so handelt
es sich um einen skalaren Netzwerkanalysator. Wird Amplitude und
Phase erfaßt,
so spricht man von einem vektoriellen Netzwerkanalysator.
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Solche Netzwerkanalysatoren sind
aus dem Stand der Technik umfangreich bekannt. Ein skalarer Netzwerkanalysator
ist z. B. aus der
DE
198 57 834 A1 bekannt. Der aus dieser Druckschrift hervorgehende
Netzwerkanalysator dient zur Vermessung eines 2-Tors und umfaßt zwei
Anregungs-/Erfassungseinheiten.
Die Anregungs-/Erfassungseinheiten sind jeweils mit einem Signalgenerator
zur Erzeugung eines Anregungssignals versehen, um das mit der jeweiligen
Anregungs-/Erfassungseinheit verbundene Tor des Meßobjekts
mit einem Anregungssignal anzuregen. Über einen Richt koppler wird
einerseits das Anregungssignal ausgekoppelt und jeweils einer ersten
Empfangseinheit zugeführt,
während
das von dem zugeordneten Tor des Meßobjekts reflektierte Signal
bzw. das durch das Meßobjekt
transmittierte und an dem zugeordneten Tor austretende Signal über den
Richtkoppler ebenfalls ausgekoppelt und einer separaten Empfangseinrichtung
zugeführt
wird. Die Anregungsfrequenzen der Signalgeneratoren sind durch einen
Prozessor über
Steuersignale getrennt und unabhängig
für die
Anregungs-/Erfassungseinheiten einstellbar. Aus der Druckschrift
geht jedoch nicht hervor, ob die Empfangseinrichtungen nach dem
Superheterodynprinzip arbeiten und das empfangene Signal in einem
Mischer zunächst
in eine Zwischenfrequenzlage umsetzen. Die dafür benötigten Mischer sind nicht beschrieben
und die dafür benötigten Lokaloszillatoren
sind nicht dargestellt. Für
einen skalaren Netzwerkanalysator sind diese auch nicht notwendig.
Vor allem geht aus der Druckschrift nicht hervor, daß diese
für die
Mischung in die Zwischenfrequenzlage benötigten Lokaloszillatoren separat
für die
beiden Anregungs-/Erfassungseinheiten vorhanden wären und
unabhängig
voneinander ansteuerbar wären.
Die Signalgeneratoren sind in keiner weise phasensynchron angesteuert
oder phasensynchronisiert und sind deshalb nur für eine skalare nicht aber für eine vektorielle
Netzwerkanalyse geeignet.
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Daß es beim Stand der Technik
bislang nicht möglich
ist, die die Mischer der Empfangseinrichtungen versorgenden lokalen
Oszillatoren der unterschiedlichen Tore des Netzwerkanalysators
so getrennt anzusteuern, daß die
Oszillatoren der einzelnen Tore auf unterschiedlichen Frequenzen
betrieben werden, hat mehrere Nachteile. Besonders gravierende Nachteile
sind das sogenannte Spiegelfrequenzproblem und das sogenannte Summenfrequenzproblem.
Hierauf wird später
anhand der 2 und 3 noch im Detail eingegangen.
Der Empfang des Spiegelsignals und des Summensignals konnte bisher
nur durch aufwendige und die Meßdynamik
einschränkende
Isolationsempfänger
in den Empfangspfaden unterdrückt
werden, wobei die Unterdrückung nicht
für alle
Meßaufgaben
hinreichend ist. Bei einem frequenzumsetzenden Meßobjekt
ist ferner die gleichzeitige Messung aller Vorwärtsparameter und aller Rückwärtsparameter
nicht möglich,
da die Empfangseinrichtungen der unterschiedlichen Tore gleichzeitig
nur auf einer Frequenz empfangen können. Mehrtonmessungen, beispielsweise
Intermodulations-Messungen, können
nur mit zusätzlichen
Signalgeneratoren durchgeführt
werden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, eine Meßvorrichtung,
insbesondere einen vektoriellen Netzwerkanalysator, zu schaffen,
bei welchem insbesondere das Summenfrequenzproblem und das Spiegelfrequenzproblem
beseitigt ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß hat jede Anregungs-/Empfangseinheit
zumindest einen eigenen und von dem Signalgenerator getrennten Oszillator,
der das Oszillatorsignal für
die Mischer der dieser Anregungs-/Empfangseinheit zugeordneten Empfangseinrichtungen
erzeugt, so daß die
Frequenz und/oder die Phase des Oszillatorsignals unabhängig von
der Frequenz und/oder Phase der Oszillatorsignale der Oszillatoren
der anderen Anregungs-/Empfangseinheiten einstellbar ist. Dadurch
ist es möglich,
die Empfangseinrichtungen der unterschiedlichen Anregungs-/Empfangseinheiten
mit unterschiedlichen Zwischenfrequenzen zu betreiben. Dies hat,
wie anhand der 3 und 4 später
noch genauer erläutert werden
wird, zunächst
den Vorteil, daß das
Spiegelfrequenzproblem und das Summenfrequenzproblem beseitigt werden
kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen gehen
aus den Unteransprüchen
hervor.
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Es ist äußerst vorteilhaft, wenn jede
Anregungs-/Empfangseinheit
nicht nur einen eigenen, separat einstellbaren Oszillator, sondern
auch einen eigenen, ebenfalls separat einstellbaren Signalgenerator
für das
Anregungssignal hat. Dies hat zunächst gegenüber der bisher üblichen
Lösung
eines zentralen Signalgenerators, der über eine Umschaltmatrix mit
jeweils einem Tor verbindbar ist, den Vorteil, daß die aufwendige
Umschaltmatrix entfallen kann. Immerhin ist hierbei eine Schalterisolation
in der Größenordnung
von 140 dB erforderlich, was mit einigem Aufwand verbunden ist.
Außerdem
ist die Lebensdauer der Umschaltmatrix bei Verwendung von mechanischen
Schaltern begrenzt und mechanische Schalter erhöhen aufgrund der relativ langen
Schaltzeit deutlich die Meßzeit.
Bei Verwendung von elektronischen Schaltern besteht die Problematik
der Verschlechterung der Signalqualität und der Meßdynamik.
Diese Probleme können
durch die Anordnung von Signalgeneratoren in allen Anregungs-/Empfangseinheiten
beseitigt werden. Außerdem
sind Mehrton-Anregungen möglich,
um beispielsweise das Intermodulations-Verhalten messen zu können. Dazu
werden zwei Tore der Meßvorrichtung
mit einem Eingang des Meßobjekts
verbunden. Ferner ist die gleichzeitige Messung der Vorwärtsparameter und
der Rückwärtsparameter
möglich,
da die Anregung in Vorwärtsrichtung
und in Rückwärtsrichtung auf
unterschiedlichen Frequenzen erfolgen kann.
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Die Oszillatoren und Signalgeneratoren
können über Steuerleitungen,
insbesondere ein Bus-System, insbesondere ein LAN-Bus-System, mit einer
zentralen Steuereinheit verbunden sein, durch welche die Frequenzen
und Phasenlagen sowohl der Signalgeneratoren als auch der lokalen
Oszillatoren vorgegeben werden können.
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Die einzelnen Anregungs-/Empfangseinheiten
können
als Einschubeinheiten in ein gemeinsames Gehäuse einschiebbar sein. Dadurch
kann ein universelles Gehäuse
der Meßvorrichtung
mit unterschiedlich vielen Anregungs-/Empfangs einheiten bestückt werden.
Dadurch kann z.B. ein Mehrtor-Netzwerkanalysator
mit einer variablen Anzahl von Meßtoren realisiert werden. Auch
ist es möglich,
die Anregungs-/Empfangseinheiten
in der Nähe
des Meßobjekts
getrennt von einem Hauptgehäuse
anzuordnen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung
in Form eines vektoriellen Netzwerkanalysators;
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2 einen
Netzwerkanalysator nach dem Stand der Technik zur Erläuterung
der sich dabei ergebenden Problematik der Spiegelfrequenz und der Summenfrequenz;
und
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3 das
Spektrum des S-Parameters S21 mit schematischer
Darstellung der Auswirkung der Spiegelfrequenz und der Summenfrequenz,
welche bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung
nicht auftreten.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 1.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der Meßvorrichtung
um einen Vektor-Netzwerkanalysator.
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung 1 ist
jedoch nicht auf Netzwerkanalysatoren eingeschränkt. Dargestellt ist ferner
das Ausführungsbeispiel
eines 2-Tor-Netzwerkanalysators.
Dabei ist hervorzuheben, daß das erfindungsgemäße Konzept
bei vektoriellen Netzwerkanalysatoren nicht auf 2-Tor-Netzwerkanalysatoren beschränkt ist,
sondern sich gerade besonders bei Mehrtor-Netzwerkanalysatoren mit mehr als zwei Meßtoren eignet.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept ist
an jedem Tor T1, T2 der Meßvorrichtung 1 eine
separate Anregungs-/Empfangs einheit 21 bzw. 22 vorhanden. Jede Anregungs-/Empfangseinheit 21 bzw. 22 verfügt über einen
Signalgenerator SO1 bzw. SO2, mit welchem das Meßobjekt DUT mit einem Anregungssignal
beaufschlagbar ist. Es kann entweder nur einer der beiden Signalgeneratoren
SO1 bzw. SO2 aktiv sein oder es können auch beide Signalgeneratoren
SO1 und SO2 jeweils ein Anregungssignal aussenden.
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Im dargestellten Anwendungsfall ist
das Meßobjekt
ein 2-Tor, beispielsweise
ein Bandpaß,
ein Verstärker,
eine Dämpfungsschaltung
oder dergleichen. Jedes der beiden Tore des Meßobjekts DUT ist über eine
Meßleitung 31 bzw. 32 mit
einem der beiden Tore T1 bzw. T2 der Meßvorrichtung 1 verbunden.
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Die Signalgeneratoren SO1 und SO2
sind jeweils über
ein variables Dämpfungsglied 31 bzw. 32 und
jeweils einen Verstärker 41 bzw. 42 mit
einem Signal-Verteiler (signal splitter) 51 bzw. 52 verbunden. Ein Signalzweig 61 bzw. 62 steht
jeweils über
eine Brücke
(Richtkoppler) 71 bzw. 72 mit dem zugeordneten Tor T1 bzw. T2
in Verbindung. Der andere Zweig 81 bzw. 82 ist mit einem Mischer 101 bzw. 102 einer ersten
Empfangseinrichtung 91 bzw. 92 der jeweiligen Anregungs-/Empfangseinheit 21 bzw. 22 verbunden. Die
erste Empfangseinrichtung 91 bzw. 92 empfängt somit, wenn der zugehörige Signalgenerator
SO1 bzw. SO2 aktiv ist, das Anregungssignal. Ferner wird dem Mischer 101 bzw. 102 ein
Oszillatorsignal zugeführt,
das von einem internen Oszillator LO1 bzw. LO2 der jeweiligen Anregungs-/Empfangseinheit 21 bzw. 22 erzeugt
wird und dem Mischer 101 bzw. 102 über
einen Signal-Verteiler (signal splitter) 111 und 112 und jeweils einen Verstärker 121 bzw. 122 zugeführt wird.
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Der gleiche Oszillatar LO1 bzw. LO2
versorgt über
den anderen Signalzweig der Signal-Verteiler 111 bzw. 112 und einen entsprechenden Verstärker 131 bzw. 132 einen
Mischer 141 bzw. 142 einer zweiten Empfangseinrichtung 151 bzw. 152 der
jeweiligen Anregungs-/Empfangseinheit 21 bzw. 22 .
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Der Mischer 141 bzw. 142 steht über einen Isolations-Verstärker 161 bzw. 162 und
die Brücke 71 bzw. 72 mit
dem zugeordneten Tor T1 bzw. T2 in Verbindung. Somit erhält die zweite
Empfangseinrichtung 151 das von
dem zugehörigen
Tor T1 empfangene, von dem Meßobjekt
zum Tor T1 reflektierte oder durch das Meßobjekt DUT von dem Tor T1
zum Tor T2 transmittierte Signal. Entsprechend empfängt die zweite
Empfangseinrichtung 152 der Anregungs/Empfangseinheit 22 das von dem Meßobjekt DUT zum Tor T2 reflektierte
oder durch das Meßobjekt
DUT vom Tor T1 zum Tor T2 transmittierte Signal. Die Mischer 101 und 141 der
ersten Anregungs-/Empfangseinheit 21 setzen
das empfangene Signal in eine erste Zwischenfrequenzlage mit der
Zwischenfrequenz fIF1 um, während die
Mischer 102 und 142 der zweiten
Anregungs-/Empfangseinheit 22 das
empfangene Signal in eine zweite Zwischenfrequenzlage mit der Zwischenfrequenz
fIF2 umsetzen. Dabei sind die Zwischenfrequenzen
fIF1 und fIF2 nicht
notwendigerweise identisch. Darin liegt ein entscheidender Vorteil
der erfindungsgemäßen Weiterbildung.
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Das von den Mischern 101 bzw. 102 erzeugte Zwischenfrequenz-Referenzsignal
IF Ref 1 bzw. IF Ref 2 sowie das von den Mischern 141 bzw. 142 erzeugte
Zwischenfrequenz-Meßsignal
IF Meas 1 bzw. IF Meas 2 wird einem Analog/Digital-Wandler 17 zugeführt, welcher
mit einer Signalauswertungs- und Steuereinheit 18 in Verbindung
steht. In dieser erfolgt eine Auswertung der Referenzsignale und
der Meßsignale.
Die Signalauswertungs- und
Steuereinheit 18 steuert ferner über Steuerleitungen 19, 20, 21 und 22 die
Signalgeneratoren SO1 und SO2 sowie die Oszillatoren LO1 und LO2
so an, daß diese
ein Signal mit vorbestimmter Frequenz fSO1,
fLO1, fSO2 bzw.
fLO2 und mit vorbestimmter Phase φSO1, φLO1, φSO2 und φLO2 erzeugen.
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Über
weitere Steuerleitungen 23 und 24 steht die Auswerte- und Steuereinheit 18 mit
den einstellbaren Dämpfungsgliedern 31 und 32 in
Verbindung, so daß die
Signalamplitude des von den Signalgeneratoren SO1 und SO2 erzeugten
Anregungssignals steuerbar ist. Da die Ist-Amplitude des Anregungssignals über die
Zwischenfrequenz-Referenzsignale
IF Ref 1 und IF Ref 2 erfaßt
werden, kann auf diese Weise eine Regelschleife zur exakten Regelung
der Anregungsamplitude gebildet werden.
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Die Steuerleitungen 19 bis 23 können zu
einem Bus-System 25, insbesondere einem LAN-Bus-System,
zusammengefaßt
werden.
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Erfindungsgemäß ist wesentlich, daß nicht, wie
beim Stand der Technik, ein gemeinsamer Oszillator zur Versorgung
sämtlicher
Mischer 101 , 102 , 141 , 142 vorhanden
ist, sondern jeweils ein eigener, separater Oszillator LO1 für die erste
Anregungs-/Empfangseinheit 21 einerseits
und LO2 für
die zweite Anregungs-/Empfangseinheit 22 andererseits.
Dadurch können
die den Mischern 101 und 141 einerseits und den Mischern 102 und 142 andererseits
zugeführten Oszillatorsignale
hinsichtlich ihrer Frequenz- und/oder Phasenlage unterschiedlich
eingestellt werden. Durch die Möglichkeit
der unterschiedlichen Frequenzeinstellung besteht die Möglichkeit
der Zwischenfrequenzen fIF1 und fIF2 der beiden Anregungs-/Empfangseinheiten 21 und 22 unterschiedlich zu
wählen.
Dies hat den Vorteil, daß das
bei konventionellen Netzwerkanalysatoren bestehende Spiegelfrequenzproblem
und Summenfrequenzproblem beseitigt ist, was nachfolgend anhand
der 2 und 3 näher erläutert wird.
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Durch unterschiedliche Einstellung
der Phasen φLO1, φLO2 bzw. φSO1, φSO2 können
Laufzeitunterschiede, beispielsweise in den Meßleitungen 31 und 32 ausgeglichen werden.
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Zum besseren Verständnis des
von der vorliegenden Erfindung überwundenen
Spiegelfrequenzproblems und Summenfrequenzproblems wird diese Problematik
nachfolgend anhand der 2 an einem
konventionellen Netzwerkanalysator erläutert. 3 zeigt das zugehörige Spektrum des S- Parameters S21, welche die Transmission vom Tor T1 zum Tor
T2 beschreibt.
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Der in 2 dargestellte
konventionelle Netzwerkanalysator unterscheidet sich dadurch wesentlich
von dem in 1 dargestellten
erfindungsgemäßen Netzwerkanalysator,
daß nur
ein einziger lokaler Oszillator LO vorhanden ist, der über einen
Signal-Verteiler (Signal Splitter) 30 sowohl den Mischer 141 der Empfangseinrichtung 151 als auch den Mischer 142 der Empfangseinrichtung 152 versorgt. Es sind also nicht, wie
in 1, separate Oszillatoren LO1
und LO2 für
jede Anregungs-/Empfangseinheit vorhanden. Die Empfangseinrichtungen 91 und 92 für das Referenzsignal
sind der Übersichtlichkeit
halber in 2 nicht dargestellt.
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Ein weiterer Unterschied des in 2 dargestellten konventionellen
Netzwerkanalysators gegenüber
dem in 1 dargestellten,
erfindungsgemäßen Netzwerkanalysator
besteht darin, daß nur
ein einziger Signalgenerator SO vorhanden ist, der über eine
Schalteinrichtung 31 zwischen dem Tor T1 und dem Tor T2
umschaltbar ist. Diese Umschalteinrichtung bzw. Umschaltmatrix hat
die in der Beschreibungseinleitung bereits ausführlich beschriebenen Nachteile.
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Der Entstehungsmechanismus des Spiegelfrequenzproblems
ist der folgende:
Es sei angenommen, daß es sich bei dem Meßobjekt um
einen Bandpaß handelt,
der beispielsweise einen Durchlaßbereich im Bereich bei 2,22
GHz hat. Wenn die zum Meßobjekt
hinlaufende Welle al eine Frequenz von 2,18
GHz hat, so wird diese von dem Bandpaß gesperrt. Die Welle wird
von dem Meßobjekt
reflektiert und gelangt nahezu ungedämpft als reflektiertes Signal
mit der Frequenz fRF = 2,18 GHz zum Mischer 141 , was auch beabsichtigt ist. Dort wird es
mit dem Oszillatorsignal, das beispielsweise eine Frequenz von 2,20
GHz hat, auf eine Zwischenfrequenz fIF von
im Beispiel 0,02 GHz umgesetzt (fIF = fLO – fRF). Als Störsignal entsteht jedoch, wie
bei Superheterodynempfängern üblich, zusätzlich ein
Signal bei der Spiegelfrequenz fLO + fIF = 2·fLO – fRF. Grundsätzlich liegt die Spiegelfrequenz
also immer 2·fIF oberhalb der Empfangsfrequenz fRF, in dem Beispiel also bei 2,22 GHz. Dieses
Signal verläßt den Mischer 141 in Richtung auf das Tor T1 und fällt somit
in den Durchlaßbereich
des als Bandpaß ausgebildeten Meßobjekts
DUT. Das heißt,
das Signal transmittiert das Meßobjekt
DUT nahezu ungedämpft
und wird durch den Mischer 142 als
Spiegelfrequenzsignal empfangen, da die Oszillatorfrequenz in diesem
Beispiel 2,20 GHz beträgt. Irrtümlich wird dieses Signal aber
einer Empfangsfrequenz von fLO – fIF = 2,20 GHz – 0,02 GHz = 2,18 GHz zugeordnet.
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Bei der Messung von Bandpaßfiltern
mit konventionellen Netzwerkanalysatoren tritt also immer ein tatsächlich nicht
vorhandener, nur scheinbarer, parasitärer zusätzlicher Durchlaßbereich
auf, der um 2·fIF unterhalb des tatsächlichen Durchlaßbereichs liegt.
Für die
oben genannten Beispielfrequenzen ist dieser parasitäre Durchlaßbereich
in 3 durch eine gestrichelte
Linie 40 angedeutet, während
die durchgezogene Linie 41 dem tatsächlichen Durchlaßbereich
des zu messenden Bandpasses entspricht.
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Dieser Problematik wurde bisher durch
eine hohe Rückwärtsdämpfung der
in 1 dargestellten Isolations-Verstärker 161 und 162 entgegengewirkt. Der
hierbei notwendige Aufwand ist jedoch erheblich.
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Bei dem in 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Netzwerkanalysator
können
die Zwischenfrequenzen IF Meas 1 und IF Meas 2 unterschiedlich gewählt werden,
da separate Oszillatoren LO1 und LO2 vorhanden sind, deren Frequenzen
fLO1 und fLO2 unterschiedlich
eingestellt werden können.
Bei unterschiedlicher Wahl der Zwischenfrequenzen fällt das durch
das Meßobjekt
transmittierte Signal, das um 2·fIF1 höher als
fRF liegt, nicht in den Empfangsbereich des
Mischers 142 und wird bei der Signalauswertung folglich
nicht wahrgenommen. Nur wenn der Betrag von fLO1 – fLO2 kleiner als die Bandbreite des in der Auswerte-
und Steuereinrichtung 18 vorgesehenen Auswerte-Filters
ist, tritt das vorstehend geschilderte Spiegelfrequenzproblem auf
.
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Ein weiteres Problem des in 2 dargestellten konventionellen
Netzwerkanalysators ist die Summenfrequenzproblematik. Die erreichbare
Meßdynamik
wird durch ein Störsignal
begrenzt, welches durch die Summe von Empfangssignal und Oszillatorsignal
erzeugt wird. Dieser Entstehungsmechanismus sei nachfolgend ebenfalls
am Beispiel der Übertragungsfunktion
eines Bandpasses erläutert:
Das
Anregungssignal gelangt über
die Umschalteinrichtung 31 und die Brücke 71 an
das Tor T1 und somit zum Meßobjekt
DUT. Nur ein verschwindend kleiner Anteil wird im Sperrbereich des
als Bandpaß ausgebildeten
Meßobjekts
zum Tor T2 transmittiert. Nahezu die gesamte hinlaufende Welle al wird am Meßobjekt DUT reflektiert und
gelangt über
die Brücke 71 zum Empfangsmischer 141 . Dort wird es mit dem Oszillatorsignal
der Frequenz fLO umgesetzt. Unter anderem
entsteht als Mischprodukt die Summenfrequenz fRF +
fLO, die mit geringem Pegel (z.B. um ca. 30
dB gedämpft)
aus dem Tor T1 zum Meßobjekt DUT
zurückgelangt,
dies ist nahezu ungedämpft
passiert und das Tor T2 erreicht. Im Mischer 142 wird
es durch Mischung mit der parasitär vorhandenen doppelten Oszillatorfrequenz
2·fLO in die Zwischenfrequenzlage (2·fLO) – (fRF + fLO) = fLO – fRF umgesetzt und tritt somit als ein dynamikbegrenzendes
Störsignal auf.
Das dadurch entstehende zusätzliche
Summensignal, welches die Messung verfälscht, ist in 3 schematisch durch die strichpunktierte
Linie 42 veranschaulicht.
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Auch hier kann durch die Isolations-Verstärker 161 und 162 diesem
Störsignal
entgegengewirkt werden. In der Praxis zeigt sich, daß für eine ausreichende
Unterdrückung
des Störsignals
allerdings eine Isolation von mehr als 70 dB in den Isolations-Verstärkern 161 und 162 erforderlich
ist, was einen enormen Aufwand bedeutet.
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Der Aufwand in den Isolations-Verstärkern 161 und 162 kann
bei dem erfindungsgemäßen Netzwerkanalysator
ebenfalls erheblich verringert werden, indem die beiden Oszillatorfrequenzen
fLO1 und fLO2 und
somit die Zwischenfrequenzen fIF1 und fIF2 unterschiedlich gewählt werden.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Netzwerkanalysators,
bzw. allgemein der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung,
beziehen sich jedoch nicht nur auf die Spiegelfrequenzproblematik
und die Summenfrequenzproblematik. Zu erwähnen ist zunächst, daß auch ein
Zwischenfrequenz-Übersprechen
bei unterschiedlicher Wahl der Zwischenfrequenzen vermieden wird.
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Ein wesentlicher Vorteil ist auch,
daß gleichzeitig
in Vorwärtsrichtung
und in Rückwärtsrichtung gemessen
werden kann, da die Empfangseinrichtungen 151 und 151 gleichzeitig auf unterschiedlichen Frequenzen
empfangen können.
Dadurch wird die Meßzeit
erheblich verringert.
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Weitere wesentliche Vorteile entstehen
dadurch, daß jede
Anregungs-/Empfangseinheit mit einem eigenen Signalgenerator SO1
bzw. SO2 ausgerüstet
ist. Dadurch entfällt
die aufwendige Umschaltung mit der Umschalteinrichtung 31,
wodurch die Meßgeschwindigkeit
erheblich erhöht
werden kann. Da jedes Meßtor über einen
eigenen Signalgenerator verfügt,
können
Mehrtonmessungen und Messungen an symmetrischen Nießobjekten
leicht durchgeführt werden.
Mehrtonmessungen dienen beispielsweise zur Erfassung der Intermodulation.
Dabei werden zwei Tore des Netzwerkanalysators mit dem Eingang eines
beispielsweise einen Verstärker
darstellenden Meßobjekts
verbunden und die Intermodulation kann am Ausgang des Meßobjekts
untersucht werden.
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Auch sogenannte "Hot"-S-Parametermessungen
sind möglich.
Darunter versteht man die Messung von Parametern bei voller Aussteuerung
des Meßobjekts.
Beispielsweise soll die Ausgangsimpedanz eines Verstärkers im
Betriebsfall gemessen werden. Dazu kann der Verstärker beispielsweise über das
Tor T1 so mit einem Anregungssignal beaufschlagt werden, daß der Verstärker voll
ausgesteuert ist. Über
das zweite Tor T2 kann der S-Parameter S22 gemessen
werden, aus welchem die Ausgangsimpedanz des Verstärkers im
voll ausgesteuerten Zustand berechnet werden kann.
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Die einzelnen Anregungs-/Empfangseinheiten,
die erfindungsgemäß zumindest
mit einem eigenen Oszillator LO, vorzugsweise zusätzlich mit
einem eigenen Signalgenerator SO, versehen sind, können als
vollständig
eigenständige
Funktionskomponenten ausgebildet werden, die nur über den
Bus 25 mit der Steuereinrichtung 18 zu verbinden
sind. Diese Funktionskomponenten können z.B. als Einschübe ausgebildet
sein, und ein gemeinsames Gehäuse
kann entsprechend der Anzahl der benötigten Meßtore mit mehr oder weniger
vielen Einschüben
bestückt
werden.
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Zu erwähnen ist noch, daß der erfindungsgemäße Netzwerkanalysator
eine schnelle Kalibrierung ermöglicht,
da die für
die Kalibrierung notwendigen 1-Tor-Messungen parallel an jedem Tor
vorgenommen werden können
und die weiterhin erforderlichen 2-Tor-Messungen gleichzeitig paarweise
an jeweils zwei Toren vorgenommen werden können.
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Das erfindungsgemäße Konzept ist auf beliebig
viele Meßtore
erweiterbar. Es ermöglicht
auch Messungen an Bus-Systemen
und kann in einen Tester für
Multiport-Waverprober
integriert werden.
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Hervorzuheben ist, daß der erfindungsgemäße Netzwerkanalysator
eine so hohe Genauigkeit der Frequenz- und Phasensynchronisation der Signalgeneratoren
und Oszillatoren ermöglicht,
daß eine
Systemfehlerkorrektur möglich
ist. Die Genauigkeit ist so hoch, daß jedes beliebige Tor als Referenztor
verwendet werden kann.
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Die Anregungs-/Empfangseinheiten
können auch
getrennt von einem Hauptgehäuse
in der Nähe der
Meßstellen
des Meßobjekts
als eigenständige Einheiten
anordbar sein. Die Anregungs-/Empfangseinheiten sind vollständig autark
und müssen
lediglich über
den Bus 25 insbesondere für Synchronisationszwecke mit
der Steuereinheit 18 verbunden sein. Diese Verbindung kann
entweder über
ein verkabeltes Bussystem oder, besonders bevorzugt, über ein drahtloses
Bussystem erfolgen.
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Es sei nochmals betont, daß die erfindungsgemäße Weiterbildung
sich nicht nur auf Netzwerkanalysatoren bezieht, sondern auch in
anderen Meßvorrichtungen
sinnvoll ist.