DE19848293C2

DE19848293C2 - Frequenzspektrumanalysator mit hohem Träger/Rauschverhältnis

Info

Publication number: DE19848293C2
Application number: DE19848293A
Authority: DE
Inventors: Hirobumi Musha
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1997-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2018-10-21
Also published as: DE19848293A1; US6166533A; JPH11118847A; JP3340654B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frequenzspek trumanalysator bzw. -spektralanalysator zum Analysieren des Frequenzspektrums eines Eingangssignals und insbesondere ei nen Frequenzspektrumanalysator mit einem hohen Trägerwellen- oder Träger/Rauschverhältnis oder -abstand (C/N-Verhältnis) zum Analysieren des Frequenzspektrums eines Eingangssignals mit einem breiten Dynamikbereich, einer hohen Auflösung und einem niedrigen Rauschanteil.

Frequenzspektrumanalysatoren werden weit verbreitet zum Analysieren des Frequenzspektrums eines ankommenden oder Eingangssignals in einem Frequenzbereich bzw. Frequenzraum verwendet. Typischerweise werden in einem solchen Frequenz spektrumanalysator in vertikaler Richtung dargestellte Pegel des Frequenzzspektrums bezüglich eines in horizontaler Rich tung dargestellten Frequenzbereichs dargestellt. Ein Fre quenzspektrumanalysator weist drei oder mehr in Serie ge schaltete Frequenzwandler auf, die jeweils aus einem Frequenzmischer, einem lokalen Oszillator und einem Bandpaßfil ter gebildet werden, um Zwischenfrequenz(ZF)-signale ohne Störungen durch Spiegelfrequenzen (unerwünschte Frequenzen oder Neben- bzw. Störwellen) zu erzeugen (US 4 672 308 A).

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Fre quenzzspektrumanalysators. Der in Fig. 3 dargestellte Frequenzspektrumanalysator weist drei Frequenzwandler auf. Der erste Frequenzwandler wird aus einem ersten Frequenz mischer 11, einem ersten ZF-Filter 21 und einem ersten loka len Oszillator 31 gebildet. Der zweite Frequenzwandler wird aus einem zweiten Frequenzmischer 12, einem zweiten ZF- Filter 22 und einem zweiten lokalen Oszillator 32 gebildet. Der dritte Frequenzwandler wird aus einem dritten Frequenz mischer 13, einem dritten ZF-Filter 23 und einem dritten lo kalen Oszillator 33 gebildet. Der Frequenzspektrumanalysator weist außerdem einen Rampen- oder Sägezahnsignal- oder Säge zahnwellengenerator 50, einen Detektor 60 und eine Sichtan zeige 70 auf.

Typischerweise ist der erste lokale Oszillator 31 ein Ablenk-, Kipp- oder Wobbeloszillator oder -generator, dessen Frequenz durch ein durch den Sägezahnsignalgenerator erzeug tes Sägezahnsignal linear gewobbelt wird. Der zweite und der dritte lokale Oszillator sind Oszillatoren mit festen Fre quenzen. Die Frequenz des durch den ersten lokalen Oszilla tor erzeugten ersten lokalen Signals ist höher als die Fre quenz des durch den zweiten lokalen Oszillator erzeugten zweiten lokalen Signals und des durch den dritten lokalen Oszillator erzeugten dritten lokalen Signals.

Ein zu analysierendes Eingangssignal F1 wird durch den ersten Frequenzmischer 11 mit dem ersten lokalen Signal ge mischt, wodurch erste ZF-Signale erzeugt werden, die sowohl die Summen- als die Differenzfrequenz zwischen dem Eingangs signal und dem ersten lokalen Signal aufweisen. Das erste ZF-Filter 21, das ein Bandpaßfilter ist, wählt das Summen- oder das Differenz-ZF-Signal vom ersten Frequenzmischer 11 aus.

Das erste ZF-Signal wird dem zweiten Frequenzmischer 12 zugeführt, wo es mit dem durch den zweiter lokalen Oszilla tor 32 erzeugten zweiten lokalen Signal gemischt wird. Der zweite Frequenzmischer erzeugt zweite ZF-Signale, die sowohl die Summen- als die Differenzfrequenz zwischen dem ersten ZF-Signal und dem zweiten lokalen Signal aufweisen. Das zweite ZF-Filter 22, das ein Bandpaßfilter ist, wählt das Summen- oder das Differenz-ZF-Signal vom zweiten Frequenz mischer 12 aus.

Ähnlicherweise wird das zweite ZF-Signal dem dritten Frequenzmischer 13 zugeführt, wo es mit dem durch den drit ten lokalen Oszillator 33 erzeugten dritten lokalen Signal gemischt wird. Der dritte Frequenzmischer erzeugt dritte ZF- Signale, die sowohl die Summen- als auch die Differenzfre quenz zwischen dem zweiten ZF-Signal und dem dritten lokalen Signal aufweisen. Das dritte ZF-Filter 23, das ein Bandpaß filter ist, wählt das Summen- oder das Differenz-ZF-Signal vom dritten Frequenzmischer 13 aus.

Das vom dritten ZF-Filter 23 erhaltene dritte ZF-Signal wird dem Detektor 60 zugeführt, wo eine dem Wechselspan nungspegel des dritten ZF-Signals proportionale Gleichspan nung erzeugt wird. Die Gleichspannung wird der Sichtanzeige 70 zugeführt, wo sie in einer vertikalen Achse als Span nungs- oder Leistungspegel dargestellt wird. Weil der Sichtanzeige 70 auch das Sägezahnsignal zugeführt wird, um eine horizontale Achse der Sichtanzeige zu steuern, wird auf dem Bildschirm der Sichtanzeige das Frequenzspektrum des Eingangssignals F1 in einem Frequenzbereich dargestellt. Bei einer solchen Frequenzbereichsanalyse wird der Spannungs- oder Leistungspegel in der vertikalen Richtung dargestellt, während der Frequenzbereich (Meßbereich) in horizontaler Richtung dargestellt wird.

Wie vorstehend kurz erwähnt wurde, weist ein Fre quenzzspektrumanalysator mehrere Stufen von Frequenzwandlern auf, um Spiegelfrequenzen (unerwünschte Frequenzen oder Ne ben- bzw. Störwellen) durch Auswählen von geeigneten Fre quenzen in den lokalen Signalen und in den ZF-Signalen zu eliminieren. Außer daß unerwünschte Frequenzen eliminiert werden müssen, ist es wichtig, daß ein Frequenzspektrumana lysator ein hohes Trägerwellen/Rauschverhältnis (C/N-Ver hältnis) aufweist, um ein Eingangssignal mit hoher Empfind lichkeit und Auflösung zu analysieren.

Es ist bekannt, daß ein C/N-Verhältnis eines Spektrum analysators durch die C/N-Verhältnisse (Reinheit) der darin verwendeten lokalen Signale bestimmt ist. Dies ist der Fall, weil das Phasenrauschen lokaler Oszillatoren normalerweise größer ist als der Rauschuntergrund anderer Komponenten des Spektrumanalysators. Es ist außerdem bekannt, daß ein C/N- Verhältnis eines Oszillators mit fester Frequenz höher ist als dasjenige eines Wobbeloszillators. Außerdem weist ein Oszillator mit einer hochgradig selektiven Resonanzschal tung, z. B. ein Kristalloszillator, ein höheres C/N-Verhält nis auf als andersartige Oszillatoren.

Bei der Anordnung von Fig. 3 ist der erste lokale Os zillator 31 ein breitbandiger Wobbeloszillator, in dem typi scherweise ein YIG-Resonator verwendet wird. Der zweite und der dritte lokale Oszillator 32 und 33 sind Oszillatoren mit fester Frequenz. Als der dritte Oszillator 33 wird normaler weise ein hochstabiler Kristalloszillator verwendet. Daher werden allgemein die Grade des Phasenrauschens in den ersten bis dritten Oszillatoren in folgender Reihenfolge darge stellt:

ϕ_LO1 < ϕ_LO2 < ϕ_LO3 (1)

wobei ϕ_LO1 das Phasenrauschen des ersten lokalen Oszillators 31. ϕ_LO2 das Phasenrauschen des zweiten lokalen Oszillators 32 und ϕ_LO3 das Phasenrauschen des dritten lokalen Oszilla tors 33 bezeichnen.

Wenn der Rauschuntergrund der anderen Komponenten des Spektrumanalysators kleiner ist als das Phasenrauschen der lokalen Oszillatoren und das Phasenrauschen der lokalen Os zillatoren statistisches oder weißes Rauschen ist, wird das Gesamtphasenrauschen ϕ_N des Frequenzspektrumanalysators fol gendermaßen dargestellt:

ϕ_N = ((ϕ_LO1)² + (ϕ_LO2)² + (ϕ_LO3)²)^1/2 (2)

Weil das Phasenrauschen des ersten lokalen Oszillators 31 am größten ist, wird Gleichung (2) umgeschrieben in:

ϕ_N ≈ ϕ_LO1 (3)

Daher ist das C/N-Verhältnis des Freqeunzspektrumanalysators 31 etwa dem C/N-Verhältnis des ersten lokalen Oszillators 31 gleich. Weil der erste lokale Oszillator 31 ein breitbandi ger Wobbeloszillator ist, typischerweise ein YIG-abge stimmter, spannungsgesteuerter Oszillator, ist er teuer, und es ist schwierig, sein Phasenrauschen weiter zu reduzieren.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzspektrumanalysator mit einem Gesamtrauschpegel bereitzustellen, der wesentlich geringer ist als der Rauschpegel eines herkömmlichen Spektrumanalysators.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzspektrumanalysator bereitzustellen, durch den das Träger/Rauschverhältnis (C/N-Verhältnis) durch Verwen dung einer relativ einfachen und kleinformatigen Schaltung verbessert wird.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzspektrumanalysator bereitzustellen, der ein Frequenzspektrum eines Eingangssignals mit einem breiten Dy namikbereich und mit hoher Auflösung analysieren kann.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzspektrumanalysator bereitzustellen, der zwi schen einem Modus, in dem ein hohes C/N-Verhältnis mit einem relativ schmalen Frequenzbereich eingestellt ist, und einem Modus, in dem die Funktion eines herkömmlichen Frequenzspek trumanalysators eingestellt ist, umgeschaltet werden kann.

Im erfindungsgemäßen Frequenzspektrumanalysator wird die Frequenz des durch den ersten lokalen Oszillator erzeug ten Signals um einen Faktor N untersetzt, bevor es mit dem zu analysierenden Eingangssignal gemischt wird. Dadurch wird das Gesamt-Träger/Rauschverhältnis (C/N-Verhältnis) des Spektrumanalysators um den Faktor N des Untersetzungsver hältnisses verbessert.

Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fre quenzspektrumanalysators zum Analysieren eines Frequenzspek trums eines Eingangssignals weist auf: einen ersten Fre quenzwandler, der aus einem ersten Frequenzmischer, einem ersten ZF-(Zwischenfrequenz)Filter und einem ersten loka len Signaloszillator gebildet wird, um ein erstes ZF-Signal zu erzeugen; einen zweiten Frequenzwandler, der das erste ZF-Signal empfängt und aus einem zweiten Frequenzmischer, einem zweiten ZF-Filter und einem zweiten lokalen Signalos zillator gebildet wird, um ein zweites ZF-Signal zu erzeu gen; einen dritten Frequenzwandler, der das zweite ZF-Signal empfängt und aus einem dritten Frequenzmischer, einem drit ten ZF-Filter und einem dritten lokalen Signaloszillator ge bildet wird, um ein drittes ZF-Signal zu erzeugen, das als Frequenzspektrum des Eingangssignals dargestellt wird; einen Frequenzteiler zum Untersetzen einer Frequenz des ersten lo kalen Signals um einen Faktor N; einen Frequenzvervielfacher zum Vervielfachen einer Frequenz des dritten lokalen Signals; einen vierten Frequenzmischer, dem ein Signal mit ei ner untersetzten Frequenz vom Frequenzteiler als viertes lo kales Signal zugeführt wird; und einen fünften Frequenz mischer, der das zu analysierende Eingangssignal und ein vom Frequenzvervielfacher als ein fünftes lokales Signal erhal tenes Signal mit einer vervielfachten Frequenz mischt und dem vierten Frequenzmischer ein frequenzgewandeltes Ein gangssignal zuführt; wobei der vierte Frequenzmischer das vierte lokale Signal und das frequenzgewandelte Eingangs signal mischt und dem dritten Frequenzwandler das sich dar aus ergebende ZF-Signal zuführt.

Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird das dem fünften Frequenzmischer zugeführte lokale Signal anstatt durch den bei der ersten Ausführungsform ver wendeten Frequenzvervielfacher durch eine Phasenregelschlei fe erzeugt. Die zweite Ausführungsform kann kostengünstiger hergestellt werden als die erste Ausführungsform, weil bei der zweiten Ausführungsform der Frequenzvervielfacher und das zugeordnete Bandpaßfilter nicht erforderlich sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung nä her erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zum Darstellen der Struktur einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzspek trumanalysators;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zum Darstellen der Struktur einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fre quenzspektrumanalysators; und

Fig. 3 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Beispiels der Struktur eines Frequenzspektrumanalysa tors.

Nachstehend wird die erste Ausführungsform der vorlie genden Erfindung unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzspektrumanalysators weist sechs Frequenzwandler auf. Die ersten bis dritten Frequenzwandler sind die gleichen wie beim Beispiel von Fig. 3.

D. h., der erste Frequenzwandler wird aus einem ersten Frequenzmischer 11, einem ersten ZF-(Zwischenfrequenz)Fil ter 21 und einem ersten lokalen Oszillator 31 gebildet und erzeugt ein erstes ZF-Signal. Der zweite Frequenzwandler wird aus einem zweiten Frequenzmischer 12, einem zweiten ZF- Filter 22 und einem zweiten lokalen Oszillator 32 gebildet und erzeugt ein zweites ZF-Signal. Der dritte Frequenzwand ler wird aus einem dritten Frequenzmischer 13, einem dritten ZF-Filter 23 und einem dritten lokalen Oszillator 33 gebil det und erzeugt ein drittes ZF-Signal.

Der vierte Frequenzwandler wird aus einem Frequenz mischer 14 und einem Frequenzteiler 40 gebildet, der die Frequenz des durch den ersten lokalen Oszillator 31 erzeug ten Signals durch den Faktor N teilt. Der fünfte Frequenz wandler wird aus einem Frequenzmischer 15, einem Frequenz vervielfacher 45, der die Frequenz des durch den dritten lo kalen Oszillator 33 erzeugten Signals mit n multipliziert, einem Bandpaßfilter 24 und einem Tiefpaßfilter 25 gebildet. Der sechste Frequenzwandler wird aus einem Frequenzmischer 16, dem dritten lokalen Oszillator 33, einem programmierba ren Frequenzteiler 41, der die Frequenz des durch den drit ten lokalen Oszillator 33 erzeugten Signals durch einen vor gegebenen Faktor teilt, und einem Bandpaßfilter 26 gebildet.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind außerdem Schalter SW1, SW2 und SW3 vorgesehen. Wann die Schalter SW1 und SW2 auf Anschlüsse N geschaltet sind, hat der Frequenzspektrumanalysator die gleiche Konfiguration wie derjenige von Fig. 3. Wenn die Schalter SW1 und SW2 auf An schlüsse H geschaltet sind, wird erfindungsgemäß das hohe C/N-Verhältnis erhalten. Ähnlich wie beim Beispiel von Fig. 3 weist der erfindungsgemäße Frequenzspek trumanalysator außerdem einen Sägezahngenerator 50, einen Detektor 60 und eine Sichtanzeige 70 auf.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Frequenzspektrumanalysators für den Fall beschrieben, daß die Schalter SW1 und SW2 auf die Anschlüsse H eingestellt sind und der Schalter SW3 auf einen Anschluß a eingestellt ist, wie in Fig. 1 dargestellt.

Die Frequenz eines zu analysierenden Eingangssignals F1 wird durch den Frequenzmischer 15 umgewandelt, der das Ein gangssignal F1 mit einem fünften lokalen Signal F5 mischt, das dem Frequenzmischer vom Frequenzvervielfacher 45 über das Bandpaßfilter 24 zugeführt wird. Das dem Frequenzmischer 15 zugeführte fünfte lokale Signal weist eine Frequenz auf, die n-mal höher ist als die Frequenz des Signals vom dritten lokalen Oszillators 33. Der Frequenzmischer 15 erzeugt ein viertes ZF-Signal, das dem Frequenzmischer 14 über das Tief paßfilter 25 zugeführt wird.

Der Frequenzmischer 14 mischt das vierte ZF-Signal mit einem vierten lokalen Signal vom Frequenzteiler 40. Die Fre quenz des dem Frequenzmischer 14 zugeführten vierten lokalen Signals beträgt 1/N der Frequenz des Signals vom ersten lo kalen Oszillators 31. Der Frequenzmischer 14 führt dem zwei ten ZF-Filter 22 ein fünftes ZF-Signal zu, das die gleiche Frequenz hat wie das zweite ZF-Signal. Daher wird das fünfte ZF-Signal durch den dritten Frequenzmischer 13 mit dem drit ten lokalen Signal gemischt und in das dritte ZF-Signal um gewandelt. Die Amplitude des dritten ZF-Signals wird durch den Detektor 60 erfaßt und der Sichtanzeige 70 zugeführt, und das dritte ZF-Signal wird als Frequenzspektrum darge stellt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird voraus gesetzt, daß der Rauschuntergrund der anderen Komponenten des Spektrumanalysators geringer ist als das Phasenrauschen der lokalen Oszillatoren und das Phasenrauschen der lokalen Oszillatoren statistisches oder weißes Rauschen ist. Dann wird das Gesamtphasenrauschen ϕ_H des Frequenzspektrumanalysa tors folgendermaßen dargestellt:

ϕ_H = ((ϕ_LO4)² + (ϕ_LO3)² + (ϕ_LO5)²)^1/2 (4)

In Gleichung (4) bezeichnet ϕ_LO4 das Phasenrauschen des vier ten lokalen Signals, das durch den Frequenzteiler 40 erzeugt wird, der das erste lokale Signal durch den Faktor N teilt, d. h. ϕ_LO4 = (1/N)ϕ_LO1. Außerdem bezeichnet ϕ_LO5 das Phasenrau schen des fünften lokalen Signals F5, das durch den Fre quenzvervielfacher 45 erzeugt wird, der das dritte lokale Signal mit dem Faktor n multipliziert, d. h. ϕ_LO5 = nϕ_LO3. Da her wird Gleichung (4) folgendermaßen dargestellt:

ϕ_H = (((1/N) × ϕ_LO1)² + (1 + n²) × (ϕ_LO3)²)^1/2 (5)

Wenn die nachstehende Beziehung (6) verwendet wird, kann Gleichung (5) folgendermaßen in Gleichung (7) umge schrieben werden:

(((1/N) × ϕ_LO1)² < (1 + n²) × (ϕ_LO3)²)^1/2 (6)

ϕ_H ≈ (1/N) × ϕ_LO1 (7)

Gleichung (7) bedeutet, daß das Phasenrauschen des Spektrum analysators um den Faktor 1/N reduziert ist, d. h., das C/N- Verhältnis des Spektrumanalysators ist um den Faktor N er höht.

Der erste lokale Oszillator 31 ist ein breitbandiger Wobbeloszillator, in dem typischerweise ein YIG-Resonator mit einem C/N-Verhältnis von 100 dBc/Hz bei einem Offsetwert von 10 kHz verwendet wird. Dar zweite lokale Oszillator 32 ist ein Oszillator mit fester Frequenz, z. B. ein dielektri scher Resonanzoszillator, mit einem C/N-Verhältnis von 110 dBc/Hz bei einem Offsetwert von 10 kHz, und der dritte loka le Oszillator 33 ist ein Kristalloszillator mit fester Frequenz mit einem C/N-Verhältnis von 145 dBc/Hz bei einem Offsetwert von 10 kHz. Daher beträgt das Gesamt-C/N- Verhältnis im Beispiel von Fig. 3 100 dBc/Hz oder weniger, weil das Gesamtphasenrauschen durch das Pha senrauschen das ersten lokalen Oszillators bestimmt ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn diese C/N-Verhältnisse der lokalen Oszillatoren in Gleichung (5) verwendet werden, das Gesamtphasenrauschen wesentlich niedriger als dasjenige des ersten lokalen Oszillators 31. Wenn beispielsweise das Tei lungs- oder Untersetzungsverhältnis N = 16 und die Multipli kations- oder Vervielfachungsrate n = 9 beträgt, wird das Gesamt-C/N-Verhältnis 124 dBc/Hz, was bezüglich des Frequenzspektrumanalysators von Fig. 3 ein um 24 dB besserer Wert ist.

Wenn der Schalter SW3, wie vorstehend erwähnt, mit dem Anschluß a verbunden ist, kann ein Fall auftreten, bei dem die Frequenz des Eingangssignals der Frequenz des fünften lokalen Signals gleich ist, so daß kein ZF-Signal vom Fre quenzmischer 15 erhalten wird. In diesem Fall kann für das Eingangssignal keine Frequenzanalyse ausgeführt werden.

Um dieses Problem zu lösen, wird der Schalter SW3 auf den Anschluß b geschaltet, um die Frequenz des dem Frequenz mischer 15 zugeführten fünften lokalen Signals zu verschie ben. Die Frequenz des durch den dritten lokalen Oszillator 33 erzeugten Signals wird durch den programmierbaren Fre quenzteiler 41 auf 1/5 oder 1/6 der ursprünglichen Frequenz untersetzt. Das Ausgangssignal des programmierbaren Fre quenzteilers 41 wird im Frequenzmischer 16 mit dem ursprüng lichen oder originalen dritten lokalen Signal gemischt, um beispielsweise ein Signal mit der (1 + 1/5)-fachen Frequenz des dritten lokalen Signals zu erzeugen. Das frequenzver schobene lokale Signal wird dem Frequenzvervielfacher 45 über das Filter 26 zugeführt und mit n multipliziert, um das fünfte lokale Signal F5' zu erzeugen, dessen Frequenz von derjenigen des Eingangssignals F1 verschieden ist. Daher er zeugt der Frequenzmischer 15 ein dem Frequenzmischer 14 zu zuführendes ZF-Signal.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, obwohl das C/N-Verhältnis we sentlich verbessert ist, der zu analysierende Frequenzbe reich des Eingangssignals aufgrund des verminderten Wobbel frequenzbereichs des dem Frequenzmischer 14 zugeführten lo kalen Signals reduziert. In diesem Fall werden, wenn der Be nutzer das Eingangssignal in einem breiteren Frequenzbereich analysieren möchte, die Schalter SW1 und SW2 auf die An schlüsse N geschaltet, um die Funktion eines herkömmlichen Frequenzspektrumanalysators zu erhalten.

Nachstehend wird die zweite Ausführungsform der vorlie genden Erfindung unter Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird das dem Frequenzmischer 15 zugeführte lokale Signal durch eine von der ersten Ausführungsform verschiedene Schaltungsstruktur erzeugt. Zum Erzeugen des dem Frequenzmischer 15 zuzuführen den fünften lokalen Signals F5 für wird bei der zweiten Aus führungsform an Stelle des bei der ersten Ausführungsform verwendeten Frequenzvervielfachers 45 eine Phasenregel schleife (PLL) 80 verwendet. Im Beispiel von Fig. 2 sind außerdem Frequenzteiler 46 und 47 vorgesehen.

Die Phasenregelschleife (PLL) 80 wird aus einem Phasen vergleicher 81, einem programmierbaren Frequenzteiler 84, einem Schleifenfilter 82 und einem spannungsgesteuerten Os zillator 83 gebildet. Der spannungsgesteuerte Oszillator 83 ist beispielsweise ein dielektrischer Resonanzoszillator, dessen Schwingungsfrequenz durch eine Steuerspannung vom Schleifenfilter 82 gesteuert wird. Die Schwingungsfrequenz wird durch den programmierbaren Frequenzteiler 84, der bei spielsweise ein Untersetzungsverhältnis von 1/5 aufweist, untersetzt und dem Phasenvergleicher 81 zugeführt. Der Pha senvergleicher 81 vergleicht die Phasen des vom programmier baren Frequenzteiler 84 erhaltenen Signals und des dritten lokalen Signals F3 und erzeugt ein die Phasendifferenz zwi schen den beiden Signalen darstellendes Differenzsignal. Durch das Schleifenfilter 82 wird die Charakteristik der ge schlossenen Schleife durch Filtern des Differenzsignals de finiert, um das Steuersignal für den spannungsgesteuerten Oszillator 83 zu erzeugen.

Durch die negativ rückgekoppelte Schleife bzw. Gegen kopplungsschleife der Phasenregelschleife (PLL) erzeugt der spannungsgesteuerte Oszillator 83 ein lokales Signal, dessen Frequenz 5-mal höher ist als diejenige des dritten lokalen Signals F3, während seine Phase bezüglich der Phase des dritten lokalen Signals F3 nachgeführt oder -geregelt wird. Die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 83 wird durch den Frequenzteiler 46 untersetzt und dem Fre quenzmischer 15 als das fünfte lokale Signal F5 zugeführt. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist, um zu ver meiden, daß das Eingangssignal F1 und das fünfte lokale Si gnal F5 die gleiche Frequenz aufweisen, der Schalter SW3 vorgesehen, der in diesem Fall auf den Anschluß b geschaltet wird, um die Frequenz zu verschieben.

Bei der Anordnung von Fig. 2 wird das Gesamt- Träger/Rauschverhältnis (C/N-Verhältnis) auf die gleiche Weise wie unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben um den Faktor N des Untersetzungsverhältnisses verbessert. Die Ausfüh rungsform von Fig. 2 kann kostengünstiger hergestellt wer den als die Ausführungsform von Fig. 1, weil bei der Aus führungsform von Fig. 2 der Frequenzvervielfacher und das zugeordnete Bandpaßfilter nicht erforderlich sind.

Wie vorstehend beschrieben, kann der erfindungsgemäße Frequenzspektrumanalysator das Gesamtphasenrauschen durch Untersetzen der Frequenz des ersten lokalen Oszillators re duzieren. Durch den erfindungsgemäßen Frequenzspektrumanaly sator kann das Träger/Rauschverhältnis (C/N-Verhältnis) un ter Verwendung einer zusätzlichen, relativ einfachen und ko stengünstigen Schaltung verbessert werden.

Daher kann der erfindungsgemäße Frequenzspektrumanaly sator das Frequenzspektrum eines Eingangssignals mit einem breiten Dynamikbereich und hoher Auflösung analysieren. Dar über hinaus kann der erfindungsgemäße Frequenzspektrumanaly sator zwischen einem Modus, in dem ein hohes C/N-Verhältnis mit einem relativ schmalen Frequenzbereich eingestellt ist, und einem Modus, in dem die Funktion eines herkömmlichen Frequenzspektrumanalysators eingestellt ist, umgeschaltet werden.

Claims

1. Spektrumanalysator zum Analysieren des Frequenzspektrums eines Eingangs signals (F1), mit:
einem ersten Frequenzwandler zum Erzeugen eines ersten ZF-Signals, wobei der erste Frequenzwandler gebildet ist aus einem ersten Frequenzmischer (11), einem ersten Zwischenfrequenz (ZF)-Filter (21), das mit einem Ausgang des ersten Fre quenzmischers (11) verbunden ist, und einem ersten lokalen Signaloszillator (31), der mit dem ersten Frequenzmischer (11) verbunden ist, um diesem ein erstes lo kales Signal bereitzustellen, wobei der erste lokale Signaloszillator (31) einen YIG- Resonator aufweist, der von einem Sägezahnsignal angesteuert wird, und wobei dem ersten Frequenzmischer (11) in einer ersten Betriebsart das Eingangssignal (F1) zugeführt wird;
einem zweiten Frequenzwandler zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals, wobei der zweite Frequenzwandler das erste ZF-Signal empfängt und gebildet ist aus ei nem zweiten Frequenzmischer (12), einem zweiten ZF-Filter (22), das mit einem Ausgang des zweiten Frequenzmischers (12) verbunden ist, und einem zweiten lokalen Signaloszillator (32), der mit dem zweiten Frequenzmischer (12) verbun den ist, um diesem ein zweites lokales Signal bereitzustellen;
einem dritten Frequenzwandler zum Erzeugen eines dritten ZF-Signals, wobei der dritte Frequenzwandler das zweite ZF-Signal empfängt und gebildet ist aus einem dritten Frequenzmischer (13), einem dritten ZF-Filter (23), das mit dem dritten Frequenzmischer (13) verbunden ist, und einem dritten lokalen Signaloszillator (33), der mit dem dritten Frequenzmischer (13) verbunden ist, um diesem ein drit tes lokales Signal bereitzustellen, wobei das dritte ZF-Signal als Frequenzspek trum des Eingangssignals (F1) dargestellt wird;
einem Frequenzteiler (40) zum Untersetzen einer Frequenz des ersten lokalen Signals um einen Faktor N;
einem Frequenzvervielfacher (45) zum Vervielfachen einer Frequenz des dritten lokalen Signals;
einem vierten Frequenzmischer (14), dem ein frequenzuntersetztes Signal vom Frequenzteiler (40) als viertes lokales Signal zugeführt wird; und
einem fünften Frequenzmischer (15), der das zu analysierende Eingangssignal (F1) und ein vom Frequenzvervielfacher (45) erhaltenes Signal mit einer verviel fachten Frequenz in einer zweiten Betriebsart als ein fünftes lokales Signal mischt und dem vierten Frequenzmischer (14) in der zweiten Betriebsart ein frequenzge wandeltes Eingangssignal zuführt;
wobei in der zweiten Betriebsart der vierte Frequenzmischer (14) das vierte lokale Signal und das frequenzgewandelte Eingangssignal mischt und dem dritten Fre quenzmischer (13) das sich daraus ergebende ZF-Signal zuführt.

2. Spektrumanalysator zum Analysieren des Frequenzspektrums eines Eingangs signals (F1), mit:
einem ersten Frequenzwandler zum Erzeugen eines ersten ZF-Signals, wobei der erste Frequenzwandler gebildet ist aus einem ersten Frequenzmischer (11), einem ersten Zwischenfrequenz (ZF)-Filter (21), das mit einem Ausgang des ersten Fre quenzmischers (11) verbunden ist, und einem ersten lokalen Signaloszillator (31), der mit dem ersten Frequenzmischer (11) verbunden ist, um diesem ein erstes lo kales Signal zuzuführen, wobei der erste lokale Signaloszillator (31) einen YIG- Resonator aufweist, der von einem Sägezahnsignal angesteuert wird, und wobei in einer ersten Betriebsart dem ersten Frequenzmischer (11) das zu analysierende Eingangssignal (F1) zugeführt wird;
einem zweiten Frequenzwandler zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals, wobei der zweite Frequenzwandler das erste ZF-Signal empfängt und gebildet ist aus ei nem zweiten Frequenzmischer (12), einem zweiten ZF-Filter (22), das mit einem Ausgang des zweiten Frequenzmischers (12) verbunden ist, und einem zweiten lokalen Signaloszillator (32), der mit dem zweiten Frequenzmischer (12) verbun den ist, um diesem ein zweites lokales Signal zuzuführen;
einem dritten Frequenzwandler zum Erzeugen eines dritten ZF-Signals, das als Frequenzspektrum des Eingangssignals (F1) dargestellt wird, wobei der dritte Frequenzwandler das zweite ZF-Signal empfängt und gebildet ist aus einem drit ten Frequenzmischer (13), einem dritten ZF-Filter (23), das mit dem dritten Fre quenzmischer (13) verbunden ist, und einem dritten lokalen Signaloszillator (33), der mit dem dritten Frequenzmischer (13) verbunden ist, um diesem ein drittes lo kales Signal zuzuführen;
einem Frequenzteiler (40) zum Untersetzen einer Frequenz des ersten lokalen Signals um einen Faktor N;
einer Phasenregelschleifen-(PLL)-Schaltung (80) zum Erzeugen eines phasenge regelten Signals, dessen Frequenz um einen vorgegebenen Faktor höher ist als die Frequenz des dritten lokalen Signals;
einem vierten Frequenzmischer (14), dem ein frequenzuntersetztes Signal vom Frequenzteiler (40) als viertes lokales Signal zugeführt wird; und
einem fünften Frequenzmischer (15), der in einer zweiten Betriebsart das zu ana lysierende Eingangssignal (F1) und das durch die PLL-Schaltung (80) erzeugte phasengeregelte Signal als ein fünftes lokales Signal mischt und in dieser zweiten Betriebsart dem vierten Frequenzmischer (14) ein frequenzgewandeltes Ein gangssignal zuführt;
wobei in der zweiten Betriebsart der vierte Frequenzmischer (14) das vierte lokale Signal und das frequenzgewandelte Eingangssignal mischt und dem dritten Fre quenzmischer (13) das sich daraus ergebende ZF-Signal zuführt.

3. Frequenzspektrumanalysator nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit:
einem ersten Schalter (SW1) zum Zuführen des zu analysierenden Eingangs signals (F1) zum ersten Frequenzmischer (11) in der ersten Betriebsart und zum Zuführen des Eingangssignals (F1) zu dem fünften Frequenzmischer (15) in der zweiten Betriebsart; und
einem zweiten Schalter (SW2) zum Zuführen des zweiten ZF-Signals zum dritten Frequenzwandler (13) in der ersten Betriebsart und zum Zuführen des ZF-Signals von dem vierten Frequenzmischer (14) zum dritten Frequenzwandler in der zwei ten Betriebsart;
wobei zwischen einer ersten Betriebsart, die ein normaler Spektrumanalysemodus ist, und einer zweiten Betriebsart, die ein Modus ist, in dem ein hohes C/N- (Träger/Rausch)-Verhältnis des Spektrumanalysators eingestellt ist, umgeschaltet wird.

4. Spektrumanalysator nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der erste lokale Signalos zillator (31) ein Wobbeloszillator ist, dessen Frequenz durch das Sägezahnsignal linear geändert wird, und der zweite und der dritte lokale Signaloszillator (32, 33) Oszillatoren mit fester Frequenz sind, deren Frequenzen unverändert bleiben.

5. Spektrumanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste lokale Signaloszillator (31) ein Wobbeloszillator ist, dessen Frequenz durch das Säge zahnsignal linear geändert wird, der zweite lokale Signaloszillator (32) ein Oszil lator mit fester Frequenz ist, der einen dielektrischen Resonator aufweist, dessen Frequenz unverändert bleibt, und der dritte lokale Signaloszillator (33) ein Quarz oszillator ist, dessen Frequenz unverändert bleibt.

6. Spektrumanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Amplitude des dritten ZF-Signals durch einen Detektor (60) erfaßt und einer vertikalen Achse ei ner Sichtanzeige (70) zugeführt wird, während einer horizontalen Achse der Sichtanzeige (70) gleichzeitig das Sägezahnsignal zugeführt wird, durch das die Frequenz des ersten lokalen Signaloszillators (31) gewobbelt wird.

7. Spektrumanalysator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die PLL-Schaltung (80) aufweist:
einen spannungsgesteuerten Oszillator (83), dessen Frequenz durch eine ihm zu geführte Steuerspannung gesteuert wird;
einen Frequenzteiler (84) zum Untersetzen der Frequenz eines Oszillationssignals des spannungsgesteuerten Oszillators (83) in einem vorgegebenen Unterset zungsverhältnis;
einen Phasenvergleicher (81), der das dritte lokale Signal und ein Ausgangssignal des Frequenzteilers (84) empfängt und eine Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen erfaßt und ein die Phasendifferenz darstellendes Differenzsignal erzeugt; und
ein Schleifenfilter (82) zum Definieren einer Schleifencharakteristik der PLL- Schaltung (80) durch Filtern des Differenzsignals, um die Steuerspannung des spannungsgesteuerten Oszillators (83) zu erzeugen.

8. Spektrumanalysator nach Anspruch 7, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator (83) ein dielektrischer Resonanzoszillator ist.

9. Spektrumanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit einer Einrich tung zum Verschieben der Frequenz des fünften lokalen Signals, wenn die Fre quenzen des Eingangssignals (F1) und des fünften lokalen Signals identisch wer den.

10. Spektrumanalysator nach Anspruch 9, wobei die Frequenzverschiebungseinrich tung aufweist:
einen zweiten Frequenzteiler (41) zum Untersetzen der Frequenz des dritten lo kalen Signals;
einen sechsten Frequenzmischer (16) zum Mischen des dritten lokalen Signals und des frequenzuntersetzten Ausgangssignals des zweiten Frequenzteilers (41), um ein dem Frequenzvervielfacher (45) zuzuführendes frequenzverschobenes lo kales Signal zu erzeugen; und
einen dritten Schalter (SW3) zum Zuführen des dritten lokalen Signals zum fünften Frequenzmischer (15) in einem normalen Spektrumanalysemodus, und zum Zu führen des frequenzverschobenen lokalen Signals vom sechsten Frequenzmischer (16) zum fünften Frequenzmischer (15) in einem Modus mit hohem C/N- (Träger/Rausch)-Verhältnis.

11. Spektrumanalysator nach Anspruch 9, wobei die Frequenzverschiebungseinrich tung aufweist:
einen zweiten Frequenzteiler (47) zum Untersetzen der Frequenz des phasenge regelten Signals von der PLL-Schaltung (80); und
einen dritten Schalter (SW3) zum selektiven Zuführen des phasengeregelten Si gnals von der PLL-Schaltung (80) oder des frequenzverschobenen Signals vom zweiten Frequenzteiler (47) zum fünften Frequenzmischer (15).