DE19530812C2 - Funkmeßempfänger mit neuartiger Spiegelfrequenzelemination - Google Patents

Description

Funkempfänger für Meßzwecke und Spektrumanalysatoren sind ein fester Bestandteil der heutigen Meßtechnik und haben beim heutigen Stand der Technik hervorrangende meßtechnische Eigen­ schaften.

Nachteilig ist lediglich der hohe Preis, der u. a. aus aufwendigen Filtermaßnahmen zur Reduzierung von Störfrequenzen, insbesondere Spiegelfrequenzen, resultiert, die ansonsten das Meßergebnis verfälschen würden.

So wird bei gängigen Spektrumanalysatoren ein Überlagerungs­ empfänger mit einer sehr hoch liegenden ersten Zwischenfrequenz (z. B. 4 GHz) und noch höherer Frequenz des ersten Überlagerungs­ oszillators eingesetzt (z. B. 4 bis 7 GHz). Die Frequenzdifferenz entspricht dann der Meßfrequenz, durch Mischung ergibt sich die erste Zwischenfrequenz (siehe auch Meinke, Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Band 1, Seite I25 ff).

Durch die hohe Zwischenfrequenz und die Positionierung der Über­ lagerungsfrequenz oberhalb von Meß- und Zwischenfrequenz ergibt sich eine extrem hohe erste Spiegelfrequenz (hier 8 bis 11 GHz), die leicht breitbandig durch einen Tiefpass mit der geforderten Dämpfung zu beseitigen ist.

Nachteilig hierbei ist jedoch der hohe Kostenaufwand für die im Mikrowellenbereich liegenden Empfängerkomponenten.

Bei der Verwendung niedrigerer Frequenzen ergeben sich zwangs­ läufig im Meßbereich liegende Spiegelfrequenzen, die notwendigen Filter lassen sich breitbandig abstimmbar nur sehr schwer realisieren. Daraus resultiert ebenfalls ein hoher Kostenaufwand oder wie bei vielen gängigen Meßempfängern eine Einschränkung der gleichzeitig darstellbaren Bandbreite.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem der Unterdrückung der Anzeige von Spiegel­ frequenzen ohne Verwendung von teuren Spiegelfrequenzfiltern oder Mikrowellenkomponenten zu lösen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem in Patentanspruch 1 beschriebenen Schaltungsaufbau gelöst, dessen Funktion im folgenden beschrieben wird.

Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es wird ein modifizierter breitbandig ausgelegter Überlagerungs­ empfänger verwendet. Der Empfänger verfügt zwar über Zwischen­ frequenzfilter, nicht jedoch über ein Spiegelfrequenzfilter in der Eingangsstufe.

Der erste Überlagerungsoszillator wird nicht wie üblich konstant gehalten oder nur mit der Meßfrequenz verändert, sondern mit einem im Empfänger hergestellten bekannten Signal (Kennungs­ signal) moduliert. Hierfür eignen sich insbesondere Phasen-, Frequenz- und I/Q-Modulation.

Sowohl Signale auf der Meß- als auch auf der Spiegelfrequenz werden nach der Mischung in den Zwischenfrequenzstufen weiter verarbeitet und danach über einen phasenempfindlichen (I/Q-)­ Demodulator ausgewertet.

Durch die Mischung mit der modulierten Überlagerungsfrequenz wird die Phasen- bzw. Frequenzlage der Modulation des Überlagerungs­ oszillators für das Spiegelfrequenzsignal gegenüber dem Meßsignal ebenfalls gespiegelt, d. h. bei Phasenmodulation oder I/Q-Modu­ lation wird die Phase um 180 Grad gedreht.

Die erhaltenen Modulationsdaten des phasenempfindlichen Demodu­ lators, z. B. eines I/Q-Demodulators, werden nachfolgend von einem angeschlossenen Rechner (z. B. Mikrocomputer) ausgewertet.

Aufgrund eines Vergleichs der vom Demodulator erhaltenen Signale mit dem bekannten Modulationssignal (Kennungssignal) des Über­ lagerungsoszillators kann der Rechner nun denjenigen Anteil des Signals ermitteln, der auf die Meßfrequenz entfällt und den Spiegelfrequenzanteil aus dem Meßergebnis herausrechnen.

Besonders geeignet für die Modulation ist ein (Pseudo-) Zufalls­ signal, wodurch eine Interferenz mit einer möglichen Modulation des Meßsignals weitgehend ausgeschlossen wird.

Zur Beibehaltung einer konstanten Amplitude des Überlagerungs­ signals ist die I/Q-Modulation besonders vorteilhaft. Gleich­ zeitig kann diese Modulation auch dazu verwendet werden, um die Frequenz des Überlagerungsoszillators innerhalb gewisser Grenzen zu verändern.

Zur Auswertung bietet sich eine Korrelation des Demodulator­ signals mit dem bekannten Modulationssignal an. Auch kann das Demodulatorsignal parallel einer schnellen Fouriertransformation (FFT) unterzogen werden, um ein detaillierteres Spektrum zu er­ halten.

Die Zeichnung zeigt beispielhaft die Ausführung eines solchen Meßempfängers. Das HF-Signal wird über eine Vorstufe mit ein­ stellbaren Breitbandverstärkern und einstellbaren Abschwächern zum ersten Mischer geleitet. Dort wird es mit dem über den I/Q- Modulator geführten Oszillatorsignal des ersten Überlagerungs­ oszillators gemischt. Die zwischenfrequenten Mischprodukte werden in der ZF-Stufe selektiert, d. h. es werden nur nahe bei der Zwischenfrequenz liegende Mischprodukte durchgelassen und weiter­ verstärkt. Dies sind genau die Empfangssignale, welche bei (Oszillatorfrequenz + Zwischenfrequenz) und bei (Oszillator­ frequenz - Zwischenfrequenz) liegen. Erfindungsgemäß tragen beide Komponenten eine unterschiedliche, hier spiegelbildliche I/Q- Modulation des Kennungssignals sowie möglicherweise eine sender­ seitige Modulation.

Nach der ZF-Stufe, in der durchaus je nach Konstruktion diese weiteren Mischvorgänge stattfinden können, wird das Signalgemisch einem I/Q-Demodulator zugeführt. Dieser zerlegt es in die je­ weiligen Sinus- und Cosinus-Anteile. Hierzu erhält der Demodu­ lator ebenso wie der I/Q-Modulator gegebenenfalls ein hier nicht eingezeichnetes Hilfssignal. Sowohl der Sinus- wie auch der Cosinus-Anteil werden einer Analog/Digital-Wandlung unterzogen und die resultierenden Digitaldaten werden vom Signalprozessor (DSP) des Mikrocomputer-Systems weiterbearbeitet. Umgekehrt stellt der Signalprozessor die Digitaldaten für das Kennungs­ signal bereit, die von den Digital/Analog-Wandlern in Sinus- und Cosinus-Anteile für den I/Q-Modulator des Überlagerungs­ oszillators gewandelt werden.

Da der Signalprozessor sowohl die Daten für das Kennungssignal erzeugt als auch die hiermit modulierten Empfangsdaten erhält, kann dieser durch Korrelation (Multiplikation der Kennungs- mit den Empfangsdaten) eine Trennung in erwünschte Sendesignal- und unerwünschte Spiegelfrequenzkomponenten vornehmen. Gleichzeitig kann bei einem gleichverteilten Modulationssignal auch eine Fourieranalyse der Empfangsdaten zur Ermittlung eines detail­ lierten Frequenzspektrums vorgenommen werden.

Der Vorteil dieses Schaltungsaufbaus liegt in der Verwendung billiger digitaler Komponenten anstelle teurer HF- oder Mikro­ wellenbauteile. Auch die I/Q-Modulatoren und Demodulatoren sind in integrierter Form preiswert verfügbar.

Selbstverständlich können auch mehrere Überlagerungsoszillatoren entsprechend moduliert werden oder das Signal über mehrere unter­ schiedlich geführte ZF-Pfade geleitet werden, der tatsächlich genommene Signalverlauf kann dann ebenfalls mittels Korrelation wieder herausgerechnet werden.

Der hierfür notwendige größere Bedarf an Rechenleistung kann auch durch Verbindung mehrerer Mikrocomputer gedeckt werden.

Auch ist es nicht unbedingt notwendig, den Überlagerungs­ oszillator direkt zu modulieren, das gewünschte Signal kann eben­ falls durch Mischung aus mehreren Oszillatoren gewonnen werden.

Claims (10)

1. Funkempfänger, insbesondere für Meßzwecke, oder Spektrum­ analysator, der mindestens eine Überlagerungsstufe bestehend aus mindestens einem Überlagerungsoszillator und mindestens einem von diesem Oszillator angesteuerten Mischer sowie dieser Über­ lagerungsstufe im Signalweg nachgeordnet mindestens einen De­ modulator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Spiegelfrequenzen im Übertragungsweg durch Modulation markiert werden, indem der Oszillator oder das von diesem erzeugte und zum Mischer geführte Signal mit mindestens einem im Empfänger erzeugten Kennungssignal moduliert wird und durch Vergleich des über den Demodulator er­ haltenen Empfangssignals mit dem Kennungssignal die Spiegel­ frequenzanteile im Empfangssignal abgetrennt oder herausgerechnet werden.

2. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Modulation des Kennungssignals um eine Phasen- oder Frequenzmodulation handelt.

3. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Modulation des Kennungssignals um eine I/Q- (Sinus-/Cosinus-)Modulation, ggf. mit mehreren Kennungssignalen (I- und Q-Anteil), handelt.

4. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Kennungssignal um ein Zufallssignal oder Pseudozufallssignal (Rauschen) handelt.

5. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Demodulator um einen I/Q-(Sinus-/Cosinus-)­ Demodulator handelt.

6. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich des Kennungssignals mit den vom Demodulator gelieferten Signalen nach Analog/Digital-Wandlung über einen Digitalrechner oder Mikrocomputer erfolgt.

7. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich des Kennungssignals mit den vom Demodulator gelieferten Signalen durch Korrelation erfolgt.

8. Funkempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Auswertung der vom Demodulator gelieferten Signale durch eine Fouriertransformation erfolgt.

9. Funkempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die not­ wendigen Signale zwischen den einzelnen Stufen durch Ver­ stärkung oder Mischung oder digitale Bearbeitung oder Kombinationen hiervon gebildet oder bearbeitet werden.

10. Funkempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Bearbeitungsstufen ganz oder teilweise durch Software in einem Computersystem realisiert werden.