DE19542247C2 - Spektrum-Analysator mit Vorrichtung zum Eliminieren von Spiegelfrequenzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spektrum-Analysator, durch den das Frequenzspektrum eines Eingangssignals analysiert wird, und insbesondere einen Frequenzspektrum-Analysator, bei dem Grund- oder Oberwellenfrequenzen eines lokalen Os­ zillators für die Frequenzspektrumanalyse verwendet werden und durch den wahre Frequenzspektren des Eingangssignals und durch den Spektrum-Analysator erzeugte unerwünschte Spiegelspektren identifiziert und die Spiegelspektren elimi­ niert werden können.

DE-A-36 34 528 betrifft eine Schaltung zur Kompensation des Frequenzganges eines Spektrumanalysators. Dieser Analysator weist einen Analog/Digital-Wandler, einen Speicher und einen Digital/Analog-Wandler auf, so daß die Frequenzantwort des Spektrumanalysators durch Lesen der Daten (d. h. der zuvor ermittelten digitalen Steuerwerte) in den Speicher und durch Anlegen eines den Daten entsprechenden Analogwertes an eine Pegeländerungseinheit kompensiert wird. Die DE-A-36 34 528 offenbart jedoch nicht, zwischen einem wahren Spektrum und einem unerwünschten Spektrum zu unterscheiden.

Die DE-A-40 08 143 betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von auf einem Display angezeigten Meßantworten eines Frequenzwobbel-Spektrumanalysators von Störantworten. Ein dazu verwendeter Spektrumanalysator verwendet dazu zwei alternative Pfade zwischen einem Eingangsmischer und einem Filter mit variabler Auflösung. Der erste Pfad weist ein erstes Zwischenfrequenzfilter, einen Mischer und einen zweiten lokalen Oszillator auf. Der zweite Pfad weist ein erstes Zwischenfrequenzfilter, einen Mischer und einen zweiten lokalen Oszillator auf. In den beiden Pfaden werden unterschiedliche Frequenzen verwendet und mittels eines Schalters wird zwischen diesen beiden Pfaden umgeschaltet. Der in der DE-A-40 08 143 gezeigte Aufbau ist kompliziert und bringt hohe Kosten und eine umständliche Handhabung mit sich.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus eines intern bekannten Mikrowellenband-Spektrum-Analysators. Ein Spektrum- Analysator 10 weist einen Frequenzwandler 50, ein zweites Zwischenfrequenzfilter 66, einen Schalter 74, einen Detektor 68, einen Analog/Digital-(A/D-)Wandler 82, einen A/D-Puf­ ferspeicher oder -Puffer 84, einen Sichtanzeigeprozessor 86 und eine Sichtanzeige 88 auf. Der Frequenzwandler 50 weist ein Dämpfungsglied 42, ein abstimmbares YIG-Filter (YTF) 52, einen ersten Mischer 54, einen ersten lokalen Oszillator 56, der ein Kipp- oder Wobbelgenerator ist, ein erstes Zwischen­ frequenzfilter 58, einen zweiten Mischer 62 und einen zwei­ ten lokalen Oszillator 64 auf.

Dieser Aufbau des Spektrum-Analysators 10 überdeckt Eingangsfrequenzen von beispielsweise 0-26 GHz. Für ein Ein­ gangssignal, dessen Frequenz höher ist als 26 GHz, ist, wie in Fig. 3 dargestellt, ein externer Mischer 72 mit einer höheren Frequenztauglichkeit mit dem Spektrum-Analysator 10 verbunden. Dem externen Mischer 72 wird über einen lokalen Ausgangsanschluß 120 das erste lokale Signal vom ersten lo­ kalen Oszillator 56 zugeführt. Dem externen Mischer 72 wird ein Eingangssignal zugeführt, das darin mit Oberwellen des ersten lokalen Signals gemischt wird, um zweite Zwischenfre­ quenzsignale zu erzeugen, deren Frequenzen Differenzen zwi­ schen der Eingangssignalfrequenz und Frequenzen von Oberwel­ len des ersten lokalen Signals entsprechen.

Die zweiten Zwischenfrequenzsignale werden über einen Eingangsanschluß 130 und den Schalter 74 dem zweiten Zwi­ schenfrequenzfilter 66 zugeführt. Das zweite Zwischenfre­ quenzfilter 66 ist ein Bandpaßfilter, durch dessen Mitten­ frequenz die zweite Zwischenfrequenz der in den Mischern 62 und 72 erzeugten Signale festgelegt wird.

Im Betrieb wird der Leistungspegel bzw. die Amplitude eines von einem Eingangsanschluß 100 zugeführten Eingangs­ signals f_in durch das Dämpfungsglied 42 reduziert und über das YTF-Filter 52 dem ersten Mischer 54 zugeführt. Der erste lokale Oszillator 56 wobbelt seine Frequenz beispielsweise von 4 GHz bis 8 GHz basierend auf einem Abtast- oder Wobbel­ signal, wie beispielsweise einem Sägezahnsignal. Der lokale Oszillator 56 ist ein abstimmbarer YIG-(Yttrium-Eisen-Gra­ nat) Oszillator, dessen Frequenz proportional zu einer durch das Wobbelsignal erzeugten Magnetfeldstärke linear geändert wird. Das Wobbelsignal wird beispielsweise vom Sichtanzeige­ prozessor 86 zugeführt, der außerdem die Sichtanzeige 88 synchron mit dem ersten lokalen Oszillator 56 steuert. Das erste lokale Signal vom Oszillator 56 wird im ersten Mischer 54 mit dem Eingangssignal gemischt.

Das YTF-Filter 52 ist ein Bandpaßfilter unter Verwen­ dung von YIG (Yttrium-Eisen-Granat), dessen Resonanzfrequenz durch ein durch einen elektrischen Strom, in diesem Beispiel durch das Wobbelsignal, erzeugtes Magnetfeld linear geändert wird. Der erste Mischer 54 mischt das durch das YTF-Filter 52 erhaltene Eingangssignal mit dem ersten lokalen Signal und erzeugt ein erstes Zwischenfrequenzsignal f_if1, dessen Frequenz beispielsweise 4.231 GHz beträgt. Das erste Zwi­ schenfrequenzsignal f_if1 wird über das erste Zwischenfre­ quenzfilter 58 dem zweiten Mischer 62 zugeführt. Das YTF- Filter 52 und der erste lokale Oszillator 56 werden durch das Wobbelsignal (Sägezahnsignal) gleichzeitig gesteuert, um ihre Resonanzfrequenzen linear zu verändern. D. h., die Reso­ nanzfrequenz des YTF-Filters 52 wird durch das Wobbelsignal linear verändert, so daß es der Summe aus dem ersten lokalen Signal bzw. der ersten lokalen Frequenz f_osc und der ersten Zwischenfrequenz f_if1 gleich ist.

Der zweite Mischer mischt das erste Zwischenfrequenzsi­ gnal f_if1 mit einem lokalen Signal vom zweiten lokalen Os­ zillator 64 und erzeugt ein zweites Zwischenfrequenzsignal f_if2, das durch das zweite Zwischenfrequenzfilter 66 be­ stimmt ist. Bei diesem Beispiel ist der zweite lokale Oszil­ lator 64 ein lokaler Oszillator mit einer festen Frequenz von 3.81 GHz, so daß die zweite Zwischenfrequenz in diesem Fall 421 MHz beträgt. Das zweite Zwischenfrequenzsignal f_if2 wird über den Schalter 74 dem zweiten Zwischenfrequenzfilter 66 zugeführt.

Das zweite Zwischenfrequenzfilter 66 ist ein Bandpaß­ filter, dessen Bandbreite durch ein Steuersignal geändert wird, wodurch die Auflösung der Spektralanalyse im Spektrum- Analysator 10 festgelegt wird. Das zweite Zwischenfre­ quenzsignal vom Filter 66 wird dem Detektor 68 zugeführt, wo es demoduliert wird, um eine Hüllenwellenform zu erzeugen, die typischerweise eine Durchlaßbandform des zweiten Zwi­ schenfrequenzfilters 66 ist. Der A/D-Wandler 82 wandelt das Detektorsignal vom Detektor 68 in ein digitales Signal um, das im A/D-Puffer 84 gespeichert wird.

Der Sichtanzeigeprozessor 86 liest die digitalen Daten vom A/D-Puffer 84, so daß eine arithmetische Verarbeitung ausgeführt werden kann, um verschiedene Darstellungen des Frequenzspektrums des Eingangssignals zu erzeugen, die durch die Sichtanzeige 88 dargestellt werden sollen. Außerdem wer­ den unter der Steuerung durch den Sichtanzeigeprozessor 86 die Frequenzspektren auf der Sichtanzeige als Diagramm dar­ gestellt, bei dem in horizontaler Richtung Frequenzen und in vertikaler Richtung Leistungspegel oder Amplituden darge­ stellt sind.

Vorstehend wurde ein Betrieb des Spektrum-Analysators 10 unter Verwendung des internen Frequenzwandlers 50 be­ schrieben. Nachfolgend wird ein Betrieb des Spektrum-Analy­ sators unter Verwendung des externen Mischers 72 beschrie­ ben, um ein dem Eingangsanschluß 100 zugeführtes Eingangssi­ gnal umzuwandeln, dessen Frequenz höher ist als die im vor­ stehenden Fall verwendete maximale Frequenz des Fre­ quenzwandlers 50 von 26 GHz. Dem externen Mischer 72 werden das zu analysierende Eingangssignal und das erste lokale Si­ gnal vom ersten lokalen Oszillator 56 zugeführt, dessen Oberwellenfrequenz verwendet werden soll.

Ein Zwischensignalausgang des externen Mischers 72 ist mit dem Schalter 74 verbunden, der geschaltet wird, um das Zwischenfrequenzsignal vom externen Mischer 72 zu empfangen. Das Zwischenfrequenzsignal ist bei dieser Anordnung das zweite Zwischenfrequenzsignal f_if2. Eine Frequenz einer Oberwelle N-ter Ordnung des ersten lokalen Signals wird mit dem Eingangssignal gemischt, so daß das zweite Zwischenfre­ quenzsignal f_if2 über den Schalter 74 dem zweiten Zwischen­ frequenzfilter 66 zugeführt wird. Die vorstehenden Einstel­ lungen der Oberwellen-Ordnungszahl N und des Schalters 74 werden vor der Spektrenanalyse durch den Benutzer vorgenom­ men.

Weil die Oberwellen N-ter Ordnung des ersten lokalen Signals f_osc und das zu messende Eingangssignal f_hi gemischt werden, werden für jede Ordnung der Oberwellen zwei zweite Zwischenfrequenzsignale f_if2 = f_hi ± (f_osc × N) erzeugt.

Diese zweiten Zwischenfrequenzsignale werden durch den De­ tektor 68 demoduliert, durch den A/D-Wandler 82 in ein digi­ tales Signal umgewandelt und als Spektren dargestellt. Fig. 4 zeigt ein Beispiel dargestellter Spektren, wobei die zu analysierende Eingangsfrequenz f_hi 30 GHz beträgt, der Fre­ quenzbereich f_osc des ersten lokalen Oszillators 56 4 GHz-8 GHz beträgt und die fünfte Oberwelle (N = 5) des lokalen Os­ zillators im externen Mischer 72 verwendet wird. In horizon­ taler Richtung ist die Frequenz und in vertikaler Richtung sind die Leistungspegel oder Amplituden der Spektren dar­ gestellt.

Wie in Fig. 4 dargestellt, werden, obwohl das Eingangssignal nur ein Frequenzspektrum bei einer Frequenz von 30 GHz aufweist, durch die Sichtanzeige 88 viele Spek­ tren dargestellt, von denen die meisten Spiegelspektren sind. D. h., die in Fig. 4 dargestellten Spektren sind auf der vierten Oberwellen-Ordnungszahl N = 4 des ersten lokalen Signals basierende Spektren f_N4a und f_N4b, auf der fünften Oberwellen-Ordnungszahl N = 5 basierende Spektren f_N5a und f_N5b, auf der sechsten Oberwellen-Ordnungszahl N = 6 basie­ rende Spektren f_N6a und f_N6b und auf der siebenten Oberwel­ len-Ordnungszahl N = 7 basierende Spektren f_N7a und f_N7b. In dieser Darstellung ist eines der Spektren f_N5a oder f_N5b ein gewünschtes Spektrum (wobei das Eingangssignal ein Einzel­ spektrum aufweist), das durch die Frequenzbeziehung zwischen der Frequenzabtastung im ersten lokalen Oszillator 56 und der Sichtanzeige 88 bestimmt werden kann. Es werden jedoch, wie in Fig. 4 dargestellt, auch mehrere andere Spektren dar­ gestellt, weil der Spektrum-Analysator 10 die bestimmte Oberwellen-Ordnungszahl und die zugeordneten Spiegelsignale nicht unterscheiden kann, wenn der externe Mischer 72 ver­ wendet wird.

Beim in den Fig. 3 und 4 dargestellten Beispiel wer­ den, weil die zweite Zwischenfrequenz von 421 MHz durch die Differenz zwischen dem Eingangssignal und den Oberwellen des ersten lokalen Signals erzeugt wird, für jede Oberwelle der ersten lokalen Frequenz zwei ähnliche, nahe beieinander lie­ gende Spektren dargestellt (Spiegelfrequenz). Beispielsweise wird bezüglich der Oberwellen-Ordnungszahl N = 5 die zweite Zwischenfrequenz von 421 MHz erzeugt, wenn die mit dem Fak­ tor Fünf multiplizierte lokale Frequenz 29.579 GHz (Spektrum f_N5a in Fig. 4) bzw. 30.421 GHz beträgt (Spektrum f_N5b in Fig. 4). Eines der beiden Spektren kann als wahres Spektrum des Eingangssignals verwendet werden, während das andere Spektrum als Spiegelspektrum betrachtet wird. Wie in Fig. 4 dargestellt, werden, wie vorstehend beschrieben, mehrere an­ dere Spektren auf ähnliche Weise für andere Oberwellen-Ord­ nungszahlen N = 4, 6 und 7 der ersten lokalen Frequenz er­ zeugt. Weil das Frequenzspektrum des Eingangssignals durch die 5. Oberwelle des ersten lokalen Signals analysiert wer­ den soll, werden diese durch andere Oberwellen erzeugten Spektren bei der vorliegenden Erfindung ebenfalls als Spie­ gelspektren betrachtet.

Wie vorstehend beschrieben, werden auch für ein Ein­ gangssignal, das nur ein Einzelfrequenzspektrum aufweist, mehrere Frequenzspektren dargestellt, so daß die Spektral­ analyse durch den herkömmlichen Spektrum-Analysator kompli­ ziert und zeitaufwendig ist. Außerdem wird zum Messen eines aus mehreren Spektren bestehenden Eingangssignals eine große Anzahl von Spiegelspektren auf der Sichtanzeige dargestellt, wodurch die Spektralanalyse noch komplizierter wird und die wahren Frequenzspektren noch schwieriger bestimmbar sind.

Im Gegensatz dazu werden für ein dem Eingangsanschluß 100 zugeführtes Eingangssignal, das durch den im Frequenz­ wandler 50 angeordneten ersten Mischer 54 mit dem ersten lo­ kalen Frequenzsignal gemischt wird, Spiegelspektren elimi­ niert, weil der Frequenzwandler 50 das YTF-Filter 52 auf­ weist, das vor dem ersten Mischer 54 angeordnet ist und des­ sen Durchlaßbereich gesteuert wird, so daß dieser auf die gleiche Weise geändert wird wie die Frequenz des ersten lo­ kalen Oszillators. Ein solches abstimmbares Filter ist für die Messung von Spektren höherer Frequenz unter Verwendung des externen Mischers 72 im vorstehenden Beispiel nicht ver­ fügbar.

Daher besteht Bedarf für einen neuartigen Frequenzspek­ trum-Analysator zum Identifizieren des wahren Frequenzspek­ trums eines Eingangssignals und der durch den Spektrum-Ana­ lysator erzeugten Spiegelfrequenzspektren und zum Eliminie­ ren der Spiegelfrequenzspektren zu entwickeln.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenen Erfindung, einen Frequenzspektrum-Analysator bereitzustellen, durch den Frequenzspektren exakt gemessen werden können, wobei der Meßvorgang nicht durch Spiegelspektren beeinträchtigt wird.

Ferner wird ein Frequenzspektrum-Analysator bereitge­ stellt, durch den die Spiegelspektren bei Verwendung eines Frequenzmischers wirksam eliminiert werden können.

Ferner wird ein Frequenzspektrum-Analysator bereitge­ stellt, durch den wahre Frequenzspektren in einem Eingangs­ signal leicht identifiziert werden können.

Ferner wird ein Frequenzspektrum-Analysator bereitge­ stellt, durch den die Frequenzspektren eines Eingangssignals mit hoher Zuverlässigkeit und bei einem einfachen Betrieb gemessen werden können.

Um diese Aufgaben zu lösen, weist ein erfindungsgemäßer Frequenzspektrum-Analysator auf: eine Sichtanzeige zum Dar­ stellen von Frequenzspektren in einer Leistungspegel- oder Amplituden-Frequenz-Darstellung, einen lokalen Oszillator, der durch ein Wobbelsignal gesteuert wird, um eine wieder­ holte Frequenzabtastung eines lokalen Signals zu veranlas­ sen, wobei der lokale Oszillator und die Sichtanzeige syn­ chron mit dem Wobbelsignal betrieben werden, ein Zwischenfrequenzfilter, das ein Bandpaßfilter mit variabler Bandbreite ist und dessen Mittenfrequenz eine Zwischenfre­ quenz von zu übertragenden Zwischenfrequenzsignalen ist, einen Frequenzmischer zum Mischen eines zu messenden Ein­ gangssignals mit dem lokalen Signal und zum Erzeugen der Zwischenfrequenzsignale, deren Frequenzen Differenzen zwi­ schen der Frequenz des Eingangssignals und der Grundfrequenz bzw. Oberwellenfrequenzen des lokalen Signals entsprechen, wobei das Zwischenfrequenzsignal dem Zwischenfrequenzfilter zugeführt wird, einen Detektor zum Gleichrichten des Zwi­ schenfrequenzsignals vom Zwischenfrequenzfilter, wobei ein Ausgangssignal des Detektors Frequenzspektren darstellt, die ein wahres Frequenzspektrum des Eingangssignals und durch den Mischer erzeugte Spiegelspektren aufweisen, eine Wobbel­ frequenz-Verschiebungssteuerung, um bei der Frequenzabta­ stung alternierend eine Frequenzverschiebung des lokalen Si­ gnals zu veranlassen, wobei die Frequenzverschiebung f_if2 × 2/N beträgt, wobei f_if2 die Zwischenfrequenz und N eine Oberwellen-Ordnungszahl des lokalen Signals bezeichnen, und einen Prozessor zum Eliminieren von Spiegelfrequenzen, durch den ein Ausgangssignals des Detektors überwacht und das wahre Frequenzspektrum des Eingangssignals und die Spiegel­ spektren auf der Basis von Positionsänderungen identifiziert werden, die zwischen der Frequenzabtastung ohne Frequenzver­ schiebung und der Frequenzabtastung mit Frequenzverschiebung des lokalen Signals auftreten.

Erfindungsgemäß wird ein lokales Signal, das alternie­ rend eine erste Wobbelfrequenz f_osc1 bei einem Wobbelvorgang ohne Frequenzverschiebung und eine zweite Wobbelfrequenz f_osc2 bei einem Wobbelvorgang mit Frequenzverschiebung auf­ weist, dem Mischer zugeführt, um das lokale Signal bezüglich der Frequenz mit dem Eingangssignal zu mischen. Der Mischer erzeugt das Zwischenfrequenzsignal f_if2, das erfaßt und als Frequenzspektrum dargestellt wird. Die zweite Wobbelfrequenz ist um (f_if2 × 2/N) frequenzverschoben, wobei N eine Ober­ wellen-Ordnungszahl des ersten lokalen Signals ist. Bei die­ ser Anordnung bleiben, weil das Ausgangssignal des Mischers um den doppelten Wert der Zwischenfrequenz verschoben ist, die dargestellten Spektren beim ersten und beim zweiten Wob­ belvorgang für das wahre Eingangsspektrum unverändert, wäh­ rend die Spiegelspektren sich zwischen dem ersten und dem zweiten Wobbelvorgang ändern. Daher wird durch den Prozessor zum Eliminieren von Spiegelfrequenzen bestimmt, daß das un­ veränderte Spektrum ein wahres Eingangsspektrum ist, und der Prozessor eliminiert die Spiegelspektren, so daß nur das wahre Spektrum auf der Sichtanzeige dargestellt wird.

Daher wird durch den erfindungsgemäßen Spektrum-Analy­ sator eine genaue Analyse von Hochfrequenzspektren erreicht, die nicht durch Spiegelspektren beeinflußt ist. Weil durch den Frequenzspektrum-Analysator die Spiegelspektren elimi­ niert werden können, wenn ein Frequenzmischer verwendet wird, können Frequenzspektren des Eingangssignals leicht und zuverlässig gemessen werden.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Aufbaus einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spektrum-Analysators, durch den die Spiegelspektren bei Ver­ wendung eines externen Mischers eliminiert werden können;

Fig. 2(a) zeigt eine Spektraldarstellung, bevor Spie­ gelspektren eliminiert wurden;

Fig. 2(b) zeigt eine Spektraldarstellung, nachdem die Spiegelspektren erfindungsgemäß eliminiert wurden;

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines Aufbaus eines intern bekannten Spektrum-Analysators bei Verwendung eines ex­ ternen Mischers;

Fig. 4 zeigt eine durch den Spektrum-Analysator von Fig. 3 bei Verwendung eines externen Mischers erhaltene Spektraldarstellung; und

Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm des Aufbaus einer zwei­ ten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spektrum-Analy­ sators, durch den Spiegelspektren bei Verwendung eines in­ ternen Mischers eliminiert werden können.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird ein wahres Frequenzspektrum dargestellt, indem ein Frequenzspektrum ei­ nes Eingangssignals und im Spektrum-Analysator erzeugte Spiegelspektren identifiziert und die Spiegelspektren elimi­ niert werden, wenn ein Frequenzspektrum eines hochfrequenten Eingangssignals f_hi unter Verwendung eines externen Mischers gemessen wird, durch den das Eingangssignal f_hi und Frequen­ zen des lokalen Signals gemischt werden, die einem Viel­ fachen eines ersten lokalen Signals f_osc entsprechen, um ein Zwischenfrequenzsignal f_if2 zu erzeugen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau eines Frequenz­ spektrum-Analysators 110 sind bezüglich dem in Fig. 3 dar­ gestellten herkömmlichen Spektrum-Analysator eine Wobbelfre­ quenz-Verschiebungssteuerung 13 und ein Prozessor 12 zum Eliminieren von Spiegelfrequenzen hinzugefügt. D. h., der Spektrum-Analysator 110 weist einen Frequenzwandler 50, ein zweites Zwischenfrequenzfilter 66, einen Schalter 74, einen Detektor 68, einen A/D-Wandler 82, einen A/D-Puffer 84, einen Sichtanzeigeprozessor 86 und eine Sichtanzeige 88 auf. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Prozessor 12 zum Elimi­ nieren von Spiegelfrequenzen zwischen dem A/D-Puffer 84 und der Sichtanzeigesteuerung 86 angeordnet. Der Frequenzwandler 50 weist ein Dämpfungsglied 42, ein abstimmbares YIG-Filter (YTF) 52, einen ersten Mischer 54, einen ersten lokalen Os­ zillator 56, der ein Wobbelgenerator ist, ein erstes Zwi­ schenfrequenzfilter 58, einen zweiten Mischer 62 und einen zweiten lokalen Oszillator 64 auf. Ein Ausgang der Wobbel­ frequenz-Verschiebungssteuerung 13 ist mit dem ersten loka­ len Oszillator 56 verbunden, um dessen Frequenz alternierend zu verschieben, wenn ein externer Mischer 72 verwendet wird. Ähnlich wie im Beispiel von Fig. 3 sind der lokale Oszil­ lator 56 und der YTF-Filter 52 vorzugsweise abstimmbare YIG- (Yttrium-Eisen-Granat) Vorrichtungen.

Im Betrieb werden in einem ersten Schritt Spiegelspek­ tren identifiziert, die von einem der Spektren verschieden sind, die durch Mischen der N-ten Oberwellen der ersten lokalen Frequenz und des Eingangssignals erzeugt werden. Daraufhin wird eine Verarbeitung zum Eliminieren der im er­ sten Schritt identifizierten Spiegelspektren ausgeführt. Hierbei wird, wie im vorstehend erwähnten herkömmlichen Bei­ spiel, vorausgesetzt, daß die zweite Zwischenfrequenz f_if2 421 MHz beträgt, die Eingangssignalfrequenz f_hi ein Einzel­ spektrum von 30 GHz aufweist und der erste lokale Oszillator basierend auf einem Wobbelsignal, wie beispielsweise einem Sägezahnsignal, eine Abtastung von 4 GHz bis 8 GHz ausführt, wobei die Oberwellen-Ordnungszahl N = 5 der ersten lokalen Frequenz verwendet werden soll. Das Wobbelsignal wird bei­ spielsweise vom Sichtanzeigeprozessor 86 zugeführt, der auch die Sichtanzeige 88 synchron mit dem ersten lokalen Oszilla­ tor 56 steuert. Die Oberwellenfrequenzen des ersten lokalen Signals vom Oszillator 56 werden im externen Mischer 72 mit dem Eingangssignal gemischt.

Die zweiten Zwischenfrequenzsignale f_if2 werden für jede Oberwellen-Ordnungszahl N erzeugt, weil das zweite Zwi­ schenfrequenzsignal f_if2 durch die Beziehung: f_if2 = 421 MHz = f_hi - (f_osc × N) oder f_if2 = 421 MHz = (f_osc × N) - f_hi gebildet werden kann. Daher werden für jede Oberwellen-Ord­ nungszahl der lokalen Frequenz zwei Spiegelspektren gebil­ det, die um 842 MHz voneinander beabstandet sind, d. h. um eine Frequenz, die dem doppelten Wert der zweiten Zwischen­ frequenz f_if2 = 421 MHz entspricht.

Wenn der erste lokale Oszillator 56 eine derartige Ab­ tastung ausführt, daß die Oberwellenfrequenz im nächsten Schritt um 842 MHz verschoben wird, wird eines der zweiten Zwischenfrequenzspektren an der gleichen Position erzeugt wie eines der vorangehend erzeugten zweiten Zwischen­ frequenzspektren. D. h., für ein Frequenzzpektrum des Ein­ gangssignals wird ein Spektrum erfaßt, das zwischen dem Wob­ belvorgang ohne Frequenzverschiebung und dem Wobbelvorgang, bei dem die Frequenzverschiebung ausgeführt wird, un­ verändert bleibt, wenn die Frequenzverschiebung dem doppel­ ten Wert der zweiten Zwischenfrequenz entspricht. Dieses Merkmal wird verwendet, um bei der vorliegenden Erfindung das wahre Spektrum zu identifizieren.

D. h., bei der vorliegenden Erfindung wird die Fre­ quenzabtastung oder -wobbelung im ersten lokalen Oszillator 56 so gesteuert, daß die Frequenz alternierend auf eine er­ ste Wobbelfrequenz f_osc1 von 4 GHz-8 GHz ohne Frequenzver­ schiebung und eine zweite Wobbelfrequenz f_osc2 geändert wird, die um 842 MHz/N (zweite Zwischenfrequenz f_if2 × 2/N) bezüglich der ersten Wobbelfrequenz f_osc1 verschoben ist. In diesem Fall kann das wahre Frequenzspektrum bestimmt werden, indem das Spektrum verwendet wird, das sowohl im ersten als auch im zweiten Wobbelfrequenzbereich des ersten lokalen Os­ zillators 56 an der gleichen Position der Sichtanzeige dar­ gestellt wird, d. h. das Spektrum, das zwischen den Wobbel­ vorgängen unverändert bleibt.

Im vorangehenden Fall wird zum Messen des Einzelfre­ quenzspektrums von 30 GHz bezüglich der Oberwellen-Ordnungs­ zahl N = 5 beispielsweise die zweite Zwischenfrequenz von 421 MHz erzeugt, wenn die mit Fünf (N = 5) multiplizierte lokale Frequenz im ersten Wobbelfrequenzbereich f_osc1 von 4-8 GHz 29.579 GHz bzw. 30.421 GHz beträgt. Die zweiten Zwischenfre­ quenzsignale sind in Fig. 2(a) als Frequenzspektren f_N5a bzw. f_N5b dargestellt. Eines der beiden Spektren kann als wahres Spektrum des Eingangssignals verwendet werden, wäh­ rend das andere Spektrum als Spiegelspektrum betrachtet wird, das beispielsweise durch den Zusammenhang zwischen der Frequenzabtastung des lokalen Oszillators 56 und der Fre­ quenzeinstellung der Sichtanzeige 88 bestimmt werden kann. Bei diesem Beispiel wird vorausgesetzt, daß das Spektrum f_N5b das wahre Frequenzspektrum des Eingangssignals ist.

Daraufhin wird im zweiten Wobbelfrequenzbereich f_osc2 die Frequenz des ersten lokalen Oszillators 56 unter der Steuerung durch die Wobbelfrequenz-Verschiebungssteuerung 13 verschoben, so daß der Wobbelvorgang durch den ersten loka­ len Oszillator 56 im Bereich von (4 GHz-421 MHz × 2/5) bis (8 GHz-421 MHz × 2/5) durchgeführt wird. D. h., daß die Frequenz des ersten lokalen Oszillators 56 bezüglich dem vorhergehenden Wobbelvorgang um "421 MHz × 2/5" verschoben wird. In diesem Fall wird die zweite Zwischenfrequenz von 421 MHz auch erzeugt, wenn die mit Fünf (N = 5) multiplizierte lokale Frequenz wie im ersten Wobbelfrequenzbereich 29.579 GHz bzw. 30.421 GHz beträgt. Weil jedoch der erste lokale Oszillator 56 um "421 MHz × 2/5" frequenzverschoben ist, sind die dargestellten Spektren für die Oberwellen-Ordnungs­ zahl N = 5 bezüglich dem ersten Wobbelvorgang um 824 MHz frequenzverschoben und werden als Frequenzspektren f_N5c bzw. f_N5d dargestellt, wie in Fig. 2(a) dargestellt ist. Wie durch die fettgedruckte Linie von Fig. 2(a) dargestellt ist, sind das Frequenzspektrum f_N5b im ersten Wobbelbereich und das Frequenzspektrum f_N5c im zweiten Wobbelbereich über­ lagert, d. h., beide Spektren liegen an der gleichen Frequenzposition.

Daher kann durch den erfindungsgemäßen Spektrum-Analy­ sator festgestellt werden, daß das überlagerte Frequenzspek­ trum das wahre Spektrum des Eingagssignals ist, wie nachste­ hend beschrieben wird. Die Wobbelfrequenz-Verschiebungs­ steuerung 13 steuert den ersten lokalen Oszillator 56 so, daß der erste lokale Oszillator die Frequenzverschiebung um "421 MHZ × 2/5" alternierend ausführt. Daher tastet der er­ ste lokale Oszillator 56 seine Frequenz alternierend ohne Frequenzverschiebung (erster Wobbelfrequenzbereich f_osc1) und mit Frequenzverschiebung ab (zweiter Wobbelfrequenz­ bereich f_osc2).

Wie in Fig. 2(a) dargestellt, werden durch die erste Frequenzabtastung die Spektren f_N4a und f_N4b für die vierte Oberwellen-Ordnungszahl N = 4, die Spektren f_N5a und f_N5b für die fünfte Oberwellen-Ordnungszahl N = 5, die Spektren f_N6a und f_N6b für die sechste Oberwellen-Ordnungszahl N = 6 bzw. die Spektren f_N7a und f_N7b für die siebente Oberwellen-Ord­ nungszahl N = 7 erzeugt. Durch die zweite Frequenzabtastung werden die Spektren f_N4c und f_N4d für die vierte Oberwellen- Ordnungszahl N = 4, die Spektren f_N5c und f_N5d für die fünfte Oberwellen-Ordnungszahl N = 5, die Spektren f_N6c und f_N6d für die sechste Oberwellen-Ordnungszahl N = 6 bzw. die Spektren f_N7c und f_N7d für die siebente Oberwellen-Ordnungszahl N = 7 erzeugt.

Wie vorstehend beschrieben, bleiben nur die Spektren f_N5b und f_N5c unverändert und erscheinen in jedem Wobbel­ frequenzbereich an der gleichen Position. Alle anderen Spek­ tren erscheinen oder verschwinden wiederholt in Abhängigkeit vom Wobbelfrequenzbereich. Daher wird durch den Prozessor 12 zum Eliminieren von Spiegelfrequenzen bestimmt, daß das sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Frequenzabta­ stung an der gleichen Position erzeugte Frequenzspektrum ein wahres Frequenzspektrum des Eingangssignals ist und alle an­ deren Spektren Spiegelspektren sind. Durch den Prozessor 12 zum Eliminieren von Spiegelfrequenzen wird daraufhin verhin­ dert, daß die Spiegelspektren dargestellt werden, indem die­ ser eine entsprechende Anweisung an den Sichtanzeigeprozes­ sor 86 überträgt. Dadurch wird, wie in Fig. 2(b) darge­ stellt, ein Einzelspektrum für das Eingangssignal von 30 GHz dargestellt.

Beim vorstehenden Beispiel kann, obwohl der zweite Wob­ belfrequenzbereich f_osc2 bezüglich dem ersten Wobbelfre­ quenzbereichs f_osc1 um 842 MHz/N (zweite Zwischenfrequenz f_if2 × 2/N) zu niedrigeren Frequenzen hin verschoben ist, die Frequenzverschiebung auch so eingestellt werden, daß der zweite Wobbelfrequenzbereich f_osc2 bezüglich dem ersten Wobbelfrequenzbereich f_osc1 um 842 MHz/N (zweite Zwischenfrequenz f_if2 × 2/N) zu höheren Frequenzen hin ver­ schoben ist. Daher gilt allgemein für die Frequenzverschie­ bung bei der vorliegenden Erfindung die Beziehung; f_osc2 = f_osc1 ± (f_if2 × 2/N), wobei N eine Oberwellen-Ordnungszahl der im Mischer zu verwendenden Frequenz des lokalen Signals ist.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Spektrum-Analysators 121. Bei der Ausführungs­ form von Fig. 1 wird der Mischer 72 als externer Mischer zum Analysieren eines Eingangssignals verwendet, das eine höhere Frequenz aufweist als der Frequenzwandler 50, wohin­ gegen bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ein im Spektrum-Analysator 121 angeordneter Mischer 72 vorgese­ hen ist, der sowohl für nieder- als auch für hochfrequente Eingangssignale verwendet wird. Daher wird bei dieser Aus­ führungsform der Mischer 72 nicht nur als Oberwellen- son­ dern auch als Grundfrequenzmischer verwendet. Der Mischer 72 empfängt ein Eingangssignal und ein erstes lokales Signal und führt einem zweiten Zwischenfrequenzfilter 66 ein Zwi­ schenfrequenzsignal direkt zu.

Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform führt die Wobbelfrequenz-Verschiebungssteuerung 13 das Verschiebungs­ signal dem ersten lokalen Oszillator 56 alternierend zu, um dessen Frequenz zu verschieben. Wenn die Frequenz des Eingangssignals niedrig ist und die Grundfrequenz des ersten lokalen Signals erforderlich ist, um das Zwischenfrequenzsi­ gnal durch den Mischer 72 zu erzeugen, wird in der vorste­ henden Beschreibung die Oberwellen-Ordnungszahl auf N = 1 ge­ setzt. Daher wobbelt der erste lokale Oszillator 56 den er­ sten Frequenzbereich f_osc1 ohne Frequenzverschiebung (z. B. 4 -8 GHz) und den um 842 MHz frequenzverschobenen zweiten Frequenzbereich f_osc2. Das Eingangsfrequenzspektrum bleibt zwischen den Wobbelvorgängen unverändert, während die Spiegelspektren sich zwischen den Wobbelvorgängen ändern, wie vorstehend beschrieben wurde. Dadurch können das wahre Spektrum und die unerwünschten Spiegelspektren unterschieden und die Spiegelspektren eliminiert werden. Wenn die Frequenz des Eingangssignals hoch ist, so daß im Mischer eine Ober­ welle des ersten lokalen Signals verwendet werden muß, kön­ nen die Spiegelspektren entfernt werden, wie unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Erfindungsgemäß werden dem Mischer alternierend die er­ ste Wobbelfrequenz f_osc1 und die zweite Wobbelfrequenz f_osc2 zugeführt, um diese mit dem Eingangssignal zu mischen. Der Mischer erzeugt das Zwischenfrequenzsignal f_if2, das erfaßt und als Frequenzspektrum dargestellt wird. Die zweite Wob­ belfrequenz weist eine Frequenzverschiebung von (f_if2 × 2/N) auf, wobei N eine Oberwellen-Ordnungszahl des ersten lokalen Signals ist. Bei dieser Anordnung bleiben, weil das Aus­ gangssignal des Mischers um die doppelte Zwischenfrequenz frequenzverschoben ist, die dargestellten Spektren im ersten und im zweiten Wobbelvorgang für das wahre Eingangsspektrum unverändert, während die Spiegelspektren zwischen dem ersten und dem zweiten Wobbelvorgang verändert werden. Daher wird durch den Prozessor 12 zum Eliminieren von Spiegelfrequenzen festgestellt, daß das unveränderte Spektrum ein wahres Ein­ gangsspektrum ist, und werden die Spiegelspektren elimi­ niert, so daß nur das wahre Spektrum auf der Sichtanzeige 88 dargestellt wird.

Daher wird durch den erfindungsgemäßen Spektrum-Analy­ sator eine genaue Analyse von Hochfrequenzspektren erhalten, die nicht durch Spiegelspektren beeinflußt ist. Weil durch den Frequenzspektrum-Analysator die Spiegelspektren wirksam eliminiert werden können, wenn ein Frequenzmischer verwendet wird, können Frequenzspektren des Eingangssignals leicht und zuverlässig gemessen werden.

Claims (10)

1. Frequenzspektrum-Analysator zum Messen von Frequenz­ spektren eines Eingangssignals, mit:
einer Sichtanzeige zum Darstellen von Frequenz­ spektren in einer Amplituden-Frequenz-Darstellung;
einem lokalen Oszillator, der durch ein Wobbelsi­ gnal gesteuert wird, um eine wiederholte Frequenzabta­ stung eines lokalen Signals zu veranlassen, wobei der lokale Oszillator und die Sichtanzeige synchron mit dem Wobbelsignal betrieben werden;
einem Zwischenfrequenzfilter, dessen Mitten­ frequenz eine Zwischenfrequenz von zu übertragenden Zwischenfrequenzsignalen ist;
einem Frequenzmischer zum Mischen eines zu messen­ den Eingangssignals mit dem lokalen Signal und zum Er­ zeugen der Zwischenfrequenzsignale, deren Frequenzen Differenzen zwischen der Frequenz des Eingangssignals und der Grundfrequenz bzw. Oberwellenfrequenzen des lo­ kalen Signals entsprechen, wobei das Zwischenfre­ guenzsignal dem Zwischenfrequenzfilter zugeführt wird;
einem Detektor zum Gleichrichten des Zwischenfre­ quenzsignals vom Zwischenfrequenzfilter wobei ein Aus­ gangssignal des Detektors Frequenzspektren darstellt, die ein wahres Frequenzspektrum des Eingangssignals und durch den Frequenzmischer erzeugte Spiegelspektren auf­ weisen;
einer Wobbelfrequenz-Verschiebungssteuerung, durch die bei der Frequenzabtastung des lokalen Signals alternierend eine erste Abtastung ohne Frequenzverschiebung und eine zweite Abtastung mit Frequenzverschiebung durchgeführt wird, wobei die Frequenzverschiebung f_if2 × 2/N be­ trägt, wobei f_if2 die Zwischenfrequenz und N eine Ober­ wellen-Ordnungszahl des im Frequenzmischer zu verwen­ denden lokalen Signals bezeichnen; und
einem Prozessor zum Eliminieren von Spiegelfre­ quenzen, durch den ein Ausgangssignal des Detektors überwacht wird und das wahre Frequenzspektrum des Eingangssignals und die Spiegelspektren auf der Basis von Positionsänderungen identifiziert werden, die zwi­ schen der ersten Abtastung ohne Frequenzverschiebung und der zweiten Abtastung mit Frequenzverschiebung im lokalen Signal auftreten, wobei von den beiden Abtastungen nur das wahre Frequenzspektrum im Frequenzbereich an der gleichen Position überlagert wird.

2. Frequenzspektrum-Analysator nach Anspruch 1, wobei durch die Frequenzverschiebung eine Frequenz des loka­ len Signals um f_if2 × 2/N verringert wird.

3. Frequenzspektrum-Analysator nach Anspruch 1, wobei durch die Frequenzverschiebung eine Frequenz des loka­ len Signals um f_if2 × 2/N erhöht wird.

4. Frequenzspektrum-Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit:
einem externen Mischer, durch den das Eingangssi­ gnal mit Oberwellen des lokalen Signals gemischt wird, um das Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen; und
einem Schalter zum selektiven Empfangen des Zwi­ schenfrequenzsignals vom Frequenzmischer oder vom ex­ ternen Mischer.

5. Frequenzspektrum-Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Zwischenfrequenzfilter ein Bandpaßfil­ ter mit variabler Bandbreite ist und durch die Mitten­ frequenz des Filters die Zwischenfrequenz der Zwischenfrequenzsignale vom Frequenzmischer festgelegt wird.

6. Frequenzspektrum-Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit einer Sichtanzeigesteuerung, durch die das Wobbelsignal dem lokalen Oszillator zugeführt wird, so daß die Sichtanzeige und der lokale Oszillator miteinander wechselwirken, um die Frequenzspektren auf der Sichtanzeige darzustellen.

7. Frequenzspektrum-Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit:
einem A/D-Wandler zum Umwandeln des Ausgangssi­ gnals des Detektors in digitale Daten; und
einem Puffer, durch den die digitalen Daten vom A/D-Wandler gespeichert und dem Prozessor zum Eliminie­ ren von Spiegelfrequenzen zugeführt werden.

8. Frequenzspektrum-Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit:
einem Eingangssignaldämpfungsglied zum Vermindern des Leistungspegels des Eingangssignals; und
einem abstimmbaren Filter, der durch das Wobbelsi­ gnal synchron mit dem lokalen Oszillator gesteuert wird, so daß eine Abstimmfrequenz des abstimmbaren Fil­ ters einer Summe aus einer Frequenz des lokalen Oszil­ lators und der Zwischenfrequenz entspricht.

9. Frequenzspektrum-Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der lokale Oszillator ein abstimmbarer YIG-(Yttrium-Eisen-Granat) Oszillator ist, dessen Fre­ quenz proportional zu einer durch das Wobbelsignal er­ zeugten Magnetfeldstärke linear geändert wird.

10. Frequenzspektrum-Analysator nach Anspruch 8 oder 9, wo­ bei das abstimmbare Filter ein abstimmbares YIG- (Yttrium-Eisen-Granat) Filter ist, dessen Resonanzfre­ quenz sich proportional zur durch das Wobbelsignal er­ zeugten Magnetfeldstärke ändert.