DE19912266A1 - Spektrumanalysator - Google Patents

Abstract

Bereitgestellt wird ein Spektrumanalysator, in dem ein YTO (abgestimmter YIG-Oszillator) als lokaler Kippfrequenzoszillator und ein YTF (abgestimmtes YIG-Filter) als Frequenzvorwähler für ein ankommendes Signal eingebaut sind und der einen C/N-(Träger-Rausch)-Abstand verbessert, während die Kosten reduziert sind. Der Spektrumanalysator weist auf: einen ersten lokalen YTO-Oszillator, der als Reaktion auf ein Rampensignal abgelenkt wird, einen Basisbandblock mit einem ersten Frequenzmischer zum Erzeugen eines ersten Zwischenfrequenz-(ZF)-Signals und einem zweiten Frequenzmischer zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals durch Mischen des ersten ZF-Signals mit einem zweiten lokalen Signal; einen Hochbandblock mit einem YTF-Frequenzvorwählter zum Auswählen von Frequenzkomponenten im Eingangssignal als Reaktion auf das Rampensignal, wobei der Hochbandblock ferner einen Hochband-Frequenzmischer zur Erzeugen des zweiten ZF-Signals durch Mischen des Eingangsignals über das YTF mit dem ersten lokalen Signal hat; und einen lokalen Signalfrequenzteiler zum Zuführen des ersten lokalen Signals zum Hochband-Frequenzmischer entweder direkt oder über einen Frequenzteiler, der die Frequenz des ersten lokalen Signals in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis teilt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spektrumanalysator zum Ana­ lysieren des Frequenzspektrums eines ankommenden Signals und Anzeigen des Frequenzspektrums auf einer Frequenzbereichsan­ zeige. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Spektrumana­ lysator, in dem ein YTO (abgestimmter YIG-Oszillator) als lo­ kaler Kippfrequenzoszillator und ein YTF (abgestimmtes YIG- Filter) als Frequenzvorwähler für ein ankommendes Signal ein­ gebaut sind.

Oft kommen Frequenzspektrumanalysatoren zum Analysieren des Frequenzspektrums in einem Eingangssignal zum Einsatz. Gewöhnlich wird dieses Frequenzspektrum auf einem Frequenzbe­ reichsbildschirm mit einem Leistungspegel in vertikaler Rich­ tung und einer Frequenzstreuung in horizontaler Richtung an­ gezeigt. In einigen Spektrumanalysatoren, insbesondere sol­ chen, die ein höheres Frequenzspektrum analysieren können, ist ein abgestimmter YIG-Oszillator (YTO) als lokaler Oszil­ lator und ein abgestimmtes YIG-Filter (YTF) als Eingangsfre­ quenzvorwähler eingebaut. Hierbei dient YIG (Yttrium-Eisen- Granat) als hochqualitatives Resonanzelement, das in einem Hochfrequenzband, z. B. Mikrowellen, zum Einsatz kommt.

Zunächst werden kurz der lokale YTO-Oszillator und der YTF-Vorwähler erläutert. Ein YIG-Kristall ist ein Element, das magnetische Resonanzschwingungen mit einer Mikrowellen­ frequenz als Reaktion auf die Stärke des Magnetfelds aus­ führt, das den Kristall umgibt. Durch Ändern des magnetischen Gleichfelds (DC-Magnetfeld) ändert sich die Resonanzfrequenz des YIG-Kristalls linear. Der YIG-Kristall hat einen breiten Frequenzresonanzbereich, der durch einen Gleichstrom (Magnet­ feldstärke) mit ausgezeichneter Linearität gesteuert wird. Ferner hat die Resonanzkennlinie des YIG-Kristalls einen aus­ gezeichneten Gütefaktor (Q) der zum Herstellen hochqualita­ tiver Oszillatoren und Filter geeignet ist.

Daher ist ein YTO unter Verwendung eines YIG-Kristalls konfiguriert, um einen Kippfrequenzoszillator in einem Mikro­ wellen-Frequenzbereich zu bilden. Da ein Frequenzspektrumana­ lysator einen breiten Frequenzbereich des Frequenzspektrums analysieren muß, ist ein YTO vorteilhaft als lokaler Oszilla­ tor des Spektrumanalysators eingebaut. Besonders bei Anwen­ dung einer Phasensynchronisationstechnologie auf das hochfre­ quente Schwingungssignal des YTO unter Verwendung eines nie­ derfrequenten hochstabilen Kristalloszillators, z. B. eines VCXO (spannungsgesteuerten Kristalloszillators), ist es mög­ lich, einen lokalen Mikrowellen-Kipposzillator mit hoher Si­ gnalreinheit zu realisieren.

Als Frequenzkippbereich ist eine einzelne Oktavbandbrei­ te, z. B. f_LO bis 2f_LO Hz oder 2f_LO bis 4f_LO Hz, für lokale YTO-Oszillatoren verbreitet. In einem typischen YTO beträgt die Frequenz f_LO etwa 2 GHz. Obwohl auch eine Dop­ peloktavbandbreite von f_LO bis 4f_LO Hz zur Verfügung steht, ist ein solcher YTO gewöhnlich teuer und in gleichmä­ ßiger Qualität schwer herzustellen.

Bei einem YTF handelt es sich um ein Kippfrequenz-Band­ paßfilter unter Ausnutzung der Eigenschaft des YIG-Kristalls, daß sich eine Durchlaßfrequenz als Reaktion auf eine angeleg­ te Gleichspannung linear ändert. Bei Anwendung von Frequenz­ vorwählern in Spektrumanalysatoren ist es relativ einfach, YTF mit Oktavbandbreiten von f_LO bis 4f_LO Hz zu realisie­ ren.

Bei der Frequenzspektrumanalyse unter Verwendung eines Frequenzspektrumanalysators hat ein durch den Spektrumanaly­ sator zu prüfendes Eingangssignal oft viele unterschiedliche Frequenzkomponenten (Spektrum). Zudem reichen die Signallei­ stungspegel solcher Frequenzkomponenten von hohen Pegeln bis zu niedrigen Pegeln. Daher kann bei Analyse einer Frequenz­ komponente (Spektrum) mit niedrigem Leistungspegel eine wei­ tere Frequenzkomponente mit hohem Leistungspegel im Eingangs­ signal enthalten sein. In diesem Fall wird ein Eingangsfre­ quenzmischer eines Spektrumanalysators durch die Komponente mit hohem Leistungspegel gesättigt, was die Analyse des Spek­ trums mit niedrigem Leistungspegel unmöglich macht.

Folglich ist es erwünscht, im Spektrumanalysator eine Frequenzauswahl des Frequenzspektrums im ankommenden Signal zu treffen, indem man ein Bandpaßfilter vor dem ersten Mi­ scher anordnet. Vorteilhaft ist ein YTF als Frequenzvorwähler im Spektrumanalysator eingebaut, da es die Durchlaßfrequenz über einen breiten Frequenzbereich mit hoher Linearität und Selektivität ändern kann.

Somit kann das ankommende Signal einer Vorauswahl durch das YTF unterzogen werden, wenn das Frequenzdurchlaßband des YTF den Mikrowellen-Frequenzbereich linear abtastet. Die Durchlaßfrequenz des YTF-Vorwählers ist die YTO-Frequenz ab­ züglich einer Zwischenfrequenz f_ZF Hz. Hierbei ist die Frequenz f_ZF Hz eine Zwischenfrequenz eines Eingangsfre­ quenzmischers, d. h. eine Summe oder Differenz zwischen der Eingangssignalfrequenz und der Frequenz des lokalen Oszilla­ tors (YTO). Bei der Analyse des Niederfrequenzbereichs des Eingangssignals werden Hochfrequenzkomponenten durch ein Tiefpaßfilter am Eingang des Spektrumanalysators entfernt, was die Sättigung des Frequenzmischers verhindert.

Anhand von Fig. 3 wird eine Grundkonfiguration dieser Art von Frequenzspektrumanalysator des Standes der Technik erläutert. Im Beispiel von Fig. 3 weist der Spektrum­ analysator einen Basisbandblock 10 und einen Hochbandblock 20 auf, die durch einen Eingangsschalter 6 und einen lokalen Os­ zillatorschalter 8 ausgewählt werden. Ein YTO (abgestimmter YIG-Oszillator) 7 ist ein erster lokaler Kipposzillator für den Basisbandblock 10 und den Hochbandblock 20, die über den Schalter 8 verbunden sind. Der Basisbandblock 10 verfügt über ein Tiefpaßfilter 10, einen ersten Frequenzmischer 12, ein Zwischenfrequenz-(ZF)-Bandpaßfilter 13, einen zweiten Fre­ quenzmischer 14 und einen zweiten lokalen Oszillator 15. Der Hochbandblock 20 weist ein YTF (abgestimmtes YIG-Filter) 21 und einen Hochband-Frequenzmischer 22 auf.

Ferner verfügt der Spektrumanalysator von Fig. 3 über einen ZF-Schalter 25, einen dritten Frequenzmischer 26, einen dritten Oszillator 27, einen Detektor 28, einen A/D-(Analog- Digital)-Wandler 29, eine Anzeige 31, einen Rampengenerator 30, DAC (Digital-Analog-Wandler) 36 und 38, analoge Span­ nungsaddierer 37 und 39, einen Spannendatengenerator 32, Offsetspannungsgeneratoren 33 und 35 sowie einen Verstär­ kungsdatengenerator 34.

Im Basisbandblock 10 erzeugt der erste Frequenzmischer 12 ein erstes ZF-Signal f53 mit einer Frequenz f_ZF1 und der zweite Frequenzmischer 14 erzeugt ein zweites ZF-Signal f54 mit einer Frequenz f_ZF2. Im Hochbandblock 20 erzeugt der Hochband-Frequenzmischer 22 das zweite ZF-Signal f54 mit der ZF-Frequenz f_ZF2. Das zweite ZF-Signal f54 (Frequenz f_ZF2) vom Basisbandblock 10 oder Hochbandblock 20 wird durch den dritten Frequenzmischer 26 über den ZF-Schalter 25 empfangen.

In diesem Beispiel beträgt ein Frequenzbereich eines Eingangssignals, das durch den Spektrumanalysator geprüft werden kann, etwa 0 Hz bis 16 f_LO Hz durch Verwendung har­ monischer Wellen der Schwingfrequenz des YTO. Der einfacheren Erläuterung halber wird jedoch im folgenden der Betrieb für die Eingangsfrequenz 0 Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz unter Verwendung einer Grundfrequenz des lokalen Oszillators (YTO) beschrieben. Hierbei hat das Kippfrequenz-Durchlaßband des YTF-Vorwählers 21 einen Bereich von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz, und die Kipposzillatorfrequenz des lokalen Oszillators YTO 7 hat einen Bereich von f_LO Hz bis 4f_LO Hz. Beispielsweise beträgt die erste lokale Fre­ quenz f_LO 2 GHz, die erste ZF-Frequenz f_ZF1 beträgt 2 GHz, und die zweite ZF-Frequenz f_ZF2 beträgt 0,4 GHz.

Um den lokalen Oszillator YTO 7 und den Vorwähler YTF 21 anzusteuern, wird ein Rampensignal von z. B. ±5 V durch den Rampengenerator (Sägezahnwellengenerator) 30 erzeugt. Dieses Rampensignal wird verzweigt, eines wird für eine x-Achsen­ ablenkung der Anzeige 31 verwendet, und das andere wird zu einem Referenzspannungsanschluß (V_REF) des multiplizieren­ den DAC (Digital-Analog-Wandlers) 36 geführt. Die Frequenzbe­ reichsdaten (Spannendaten) vom Spannendatengenerator (Fre­ quenzbereichs-Datengenerator) 32 werden zum digitalen Daten­ anschluß des multiplizierenden DAC 36 eingegeben.

Die Rampenwelle und die Frequenzbereichsdaten werden multipliziert, und ein resultierendes analoges Rampensignal wird am Ausgang des DAC 36 erzeugt. Unter der Annahme, daß das Eingangsrampensignal x ist, die Frequenzbereichsdaten a sind und das Ausgangsrampensignal y ist, wird durch den DAC 36 daher die durch y = ax dargestellte Beziehung erhalten. Durch Ändern des Werts von a ändert sich auch der Steilheits­ grad des Rampensignals y.

Die einfachste Ersatzschaltung dieses multiplizierenden DAC 36 ist in Fig. 4A gezeigt. Das zum Anschluß V_REF ge­ führte Rampensignal wird durch die digitalen Daten als Dar­ stellung der Spanne (Frequenzbereich) vom Spannengenerator 32 modifiziert, wodurch ein analoges Signal erzeugt wird, das das Produkt aus dem Rampensignal und den Spannendaten am Aus­ gang V_out des Pufferverstärkers ist. Ein Beispiel für den Widerstand R in Fig. 4A ist eine Widerstandskette, die ein Spannungsteilungsverhältnis des Rampensignals als Reaktion auf das digitale Signal (Spannendaten) ändert.

Die Ausgangsspannung des multiplizierenden DAC 36 wird zur Offsetspannung vom Offsetspannungsgenerator 33 durch den analogen Spannungsaddierer 37 addiert. Eine Beispiel für den Schaltungsgrundaufbau eines solchen analogen Spannungsaddie­ rers ist in Fig. 4B gezeigt. Die Offsetspannung legt die Mit­ tenfrequenz des Meßfrequenzbereichs (Frequenzspanne) im Spek­ trumanalysator fest. Unter der Annahme, daß die Offsetspan­ nung b beträgt, wird somit die zuvor beschriebene Beziehung nun zu y = ax + b. Die Spannung des Rampensignals vom multi­ plizierenden DAC 36 beträgt ax, und die Spannung der Mitten­ frequenz beträgt b. Die Ausgabe des analogen Spannungsaddie­ rers 37 wird zum YTO 7 geführt, durch den ein lokales Kipp­ frequenzsignal erzeugt wird.

Außerdem wird die Ausgabe des analogen Spannungsaddie­ rers 37 zum multiplizierenden DAC 38 geführt, um ein zum YTF 21 zu führendes Kippsignal zu erzeugen. Im multiplizierenden DAC 38 wird das durch y = ax + b ausgedrückte Rampensignal vom analogen Addierer 37 mit den Verstärkungsdaten vom Ver­ stärkungsdatengenerator 34 multipliziert. Dieses Verfahren dient der Anpassung der Durchlaßfrequenz des YTF 21 an die Kipposzillatorfrequenz des YTO 7. Da sich die Frequenzeigen­ schaft des YTF 21 und die Frequenzeigenschaft des YTO 7 un­ terscheiden können, muß diese Frequenzdifferenz durch die vorgenannten Verstärkungsdaten ausgelöscht werden. Daher zeigt die Ausgabe des DAC 38 die Beziehung y = a'x + b.

Die Ausgangsspannung des multiplizierenden DAC 38 mit der Beziehung y = a'x + b wird zur Offsetspannung c vom Offsetspannungsgenerator 35 durch den analogen Spannungsad­ dierer 39 addiert. Die Offsetspannung c ist vorgesehen, um die Frequenzdifferenz in der Durchlaßfrequenz des YTF 21 von der lokalen Oszillatorfrequenz vom YTO 7 zu bilden. Aufgrund des Hochband-Frequenzmischers 22 sollte sich die Frequenz des Eingangssignals f52 zum YTF 21 von der lokalen Oszillatorfre­ quenz um die zweite ZF-Signalfrequenz f_ZF2 unterscheiden. Somit ist die Offsetspannung c die Spannungsmenge zum Bewir­ ken der Frequenzdifferenz f_ZF2 in der Abstimmungsfrequenz des YTF 21 von der lokalen Frequenz des YTO 7. Im genannten Beispiel beträgt die zweite ZF-Signalfrequenz f_ZF2 0,4 GHz.

Eine solche Frequenzdifferenz von f_ZF2 in der Durch­ laßfrequenz kann zur lokalen Frequenz f_LO addiert oder da­ von subtrahiert werden. Ausgedrückt wird diese Beziehung durch die Gleichung f_ZF2 = (f_LO ± f_RF), worin f_ZF2 die zweite ZF-Frequenz, f_LO die YTO-Frequenz und f_RF die YTF- Durchlaßfrequenz, d. h. die Eingangssignalfrequenz, ist. So­ mit ist die zum Vorwähler YTF 21 geführte Ansteuerspannung eine durch y = a'x + b ± c dargestellte Spannung. Im kon­ struktiven Ermessen liegt, ob Addition oder Subtraktion im vorstehenden Ausdruck gewählt wird. Auf diese Weise erfolgt das Kippen des ersten lokalen Oszillators YTO 7 und des Vor­ wählers YTF 21 unter gegenseitigem Nachlauf durch das Rampen­ signal x in der vorgenannten Beziehung.

Der Frequenzspektrumanalysator empfängt ein zu analysie­ rendes Eingangssignal f50 am Eingangsanschluß 5. Das Ein­ gangssignal f50 wird durch den Eingangsschalter 6 entweder dem Basisbandblock 10 oder dem Hochbandblock 20 zugewiesen. Die Eingangsfrequenz, die über den Basisbandblock 10 analy­ siert werden kann, ist niedriger als die maximale Schwingfre­ quenz des ersten lokalen Oszillators YTO 7. So liegt die Ein­ gangsfrequenz für den Basisbandblock 10 im Bereich von 0 Hz bis f_RF Hz, worin die Referenz f_RF Hz die maximale Ein­ gangsfrequenz bezeichnet.

Die Eingangsfrequenz, die über den Hochbandblock 20 ana­ lysiert werden kann, entspricht der Abstimmfrequenz (Durch­ laßfrequenz) des Vorwählers YTF 21. Wie erwähnt wurde, wird die Abstimmfrequenz des YTF durch die Ansteuerspannung regu­ liert, die der lokalen Kippspannung nachläuft. Der Eingangs­ frequenzbereich im Hochbandblock 20 erstreckt sich z. B. von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz. Die Be­ ziehung zwischen der Eingangssignalfrequenz und der ersten lokalen Frequenz im Basisband- und Hochbandblock ist in der Tabelle von Fig. 6 gezeigt.

Nach der Tabelle in Fig. 6 ist im Basisbandblock 10 der Eingangsfrequenzbereich 0 bis f_RF Hz, und der erste lokale Frequenzbereich beträgt f_ZF1 Hz bis (f_RF plus f_ZF1) Hz. Das Tiefpaßfilter 10 verhindert, daß die Hochfrequenzkompo­ nenten im Eingangssignal zum ersten Frequenzmischer 12 ge­ führt werden. Das Eingangssignal wird mit dem ersten lokalen Signal f41 vom YTO 7 gemischt und in das erste ZF- (Zwischenfrequenz)-Signal f53 umgewandelt. Das ZF-Signal f53 am Ausgang des ersten Frequenzmischers 12 hat die erste ZF- Frequenz f_ZF1 Hz. Das erste ZF-Signal f53 wird mit dem zweiten lokalen Signal im zweiten Frequenzmischer 15 gemischt und in das zweite ZF-Signal f54 umgewandelt. Das zweite ZF- Signal f54 am Ausgang des zweiten Frequenzmischers 14 hat ei­ ne Frequenz von f_ZF2 Hz.

Im Hochbandblock 20 kippt der YTO zwischen f_LO Hz und 4f_LO Hz für die Eingangssignalfrequenz im Bereich von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz. Das lokale Si­ gnal f42 vom YTO 7 wird zum Hochband-Frequenzmischer 22 über den lokalen Schalter 8 geführt. Der Hochband-Frequenzmischer 22 wandelt das Eingangssignal f52 in das zweite ZF-Signal f54 mit der ZF-Frequenz f_ZF2 Hz um.

Das zweite ZF-Signal f54 vom Basisbandblock 10 oder Hochbandblock 20 wird mit dem dritten lokalen Signal im drit­ ten Frequenzmischer 26 gemischt, was das dritte ZF-Signal f55 mit einer Frequenz von f_ZF3 Hz erzeugt. Das dritte ZF- Signal f55 wird einer Amplitudendetektion durch den Detektor 28 unterzogen und durch den A/D-Wandler 29 in das digitale Signal umgewandelt. Die digitalen Daten werden zur Anzeige 31 als deren vertikale Daten geführt. Somit wird die Amplitude (Leistungspegel) des Frequenzspektrums im Eingangssignal auf der Anzeige 31 relativ zur Frequenz angezeigt.

Erfolgt im Spektrumanalysator der herkömmlichen Techno­ logie von Fig. 3 die Filterung am Eingangssignal durch den Vorwähler YTF 21 mit dem Doppeloktavband von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz, muß der lokale Oszil­ lator YTO 7 auch ein Doppeloktavband von f_LO Hz bis 4f_LO Hz abtasten. Allerdings sind Doppeloktav-YTO teurer als Einoktav-YTO und schwieriger in gleicher Qualität herzu­ stellen.

Ferner kommt bei der hochauflösenden Spektrumanalyse ei­ ne Phasensynchronisationstechnologie für den ersten lokalen Oszillator YTO zum Einsatz, um dessen Frequenz zu stabilisie­ ren. Bei einer solchen Phasensynchronisationstechnologie wird die Frequenz des ersten lokalen Oszillators YTO mit einem Re­ ferenzsignal phasensynchronisiert. Hierbei ist das Referenz­ signal eine harmonische Frequenz eines hochpräzisen Oszilla­ tors, z. B. eines spannungsgesteuerten Kristalloszillators (VCXO). Zum Beispiel ist die harmonische Frequenz eine Fre­ quenz mit dem n-fachen der VCXO-Grundfrequenz f_{V C X O} für die erste lokale Frequenz f_LO Hz. Bei der zuvor beschriebe­ nen herkömmlichen Technologie ist für die lokale Frequenz 4f_LO Hz die harmonische Frequenz das 4n-fache der VCXO- Grundfrequenz f_{V C X O}.

Beim Frequenzmultiplizieren verschlechtert sich ein C/N- (Träger-Rausch) -Abstand des Referenzsignals, z. B. des vom VCXO abgeleiteten, entsprechend. Eine schematische Darstel­ lung des C/N-Abstands zeigt Fig. 2, in der eine Differenz zwischen dem Pegel eines Trägersignals fc und einem Seiten­ bandrauschen als C/N-Abstand dargestellt ist. Da die viermal höhere Frequenz als Referenzsignal zum Phasensynchronisieren der höchsten lokalen Frequenz 4f_LO Hz verwendet werden muß, ist der resultierende C/N-Abstand verglichen mit der Phasen­ synchronisation der niedrigsten Frequenz f_LO Hz um 12 dB verringert.

Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Spektrumanalysator bereitzustellen, der den Träger-Rausch- (C/N)-Abstand unter Verwendung eines billigen abgestimmten YIG-Einoktavoszillators (YTO) verbessern kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spektrumanalysator bereitzustellen, der das Frequenzspektrum des Eingangssignals mit geringem Rauschen und hohem Dynamik­ bereich analysieren kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spektrumanalysator bereitzustellen, der den Rauschpegel des lokalen Signals durch Einbau eines Einoktav-YTO und Teilen der Frequenz des YTO reduzieren kann.

Im Spektrumanalysator der Erfindung wird das erste loka­ le Signal vom YTO entweder direkt zum Hochband-Frequenzmi­ scher geführt oder frequenzgeteilt, bevor es zum Frequenz­ mischer geführt wird. Durch diese Anordnung hat das zum er­ sten Frequenzmischer geführte lokale Signal ein mit dem Dop­ peloktavband-YTO äquivalentes Frequenzband unter Verwendung des Einoktavband-YTO.

Der Spektrumanalysator der Erfindung weist auf: einen ersten lokalen Oszillator, der einen abgestimmten YIG-Oszil­ lator aufweist, zum Erzeugen eines ersten lokalen Signals, das als Reaktion auf ein Rampensignal abgetastet bzw. abge­ lenkt oder gewobbelt wird; einen Basisbandblock mit einem er­ sten Frequenzmischer zum Erzeugen eines ersten Zwischenfre­ quenz-(ZF)-Signals durch Mischen des zu analysierenden Ein­ gangssignals mit dem ersten lokalen Signal und einem zweiten Frequenzmischer zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals durch Mischen des ersten ZF-Signals mit einem zweiten lokalen Si­ gnal; einen Hochbandblock mit einem Frequenzvorwähler, der ein abgestimmtes YIG-Filter (YTF) aufweist, zum Auswählen von Frequenzkomponenten im Eingangssignal als Reaktion auf das Rampensignal, wobei der Hochbandblock ferner einen Hochband- Frequenzmischer zum Erzeugen des zweiten ZF-Signals durch Mi­ schen des Eingangssignals über das YTF mit dem ersten lokalen Signal hat; und einen lokalen Signalfrequenzteiler zum direk­ ten Zuführen des ersten lokalen Signals zum Hochband- Frequenzmischer oder Zuführen des ersten lokalen Signals zum Hochband-Frequenzmischer über einen Frequenzteiler, der die Frequenz des ersten lokalen Signals in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis teilt.

Erfindungsgemäß kann der Spektrumanalysator den Träger- Rausch- (C/N) -Abstand bzw. das Träger-Rausch- (C/N) -Verhältnis unter Verwendung eines abgestimmten YIG-Einoktavoszillators (YTO) verbessern, während die Kosten gesenkt werden. Aufgrund des verbesserten C/N-Abstands wird ein Spektrumanalysator mit hohem Dynamikbereich und geringem Rauschpegel erreicht. Redu­ ziert wird der Rauschpegel des lokalen Signals durch Einbau des Einoktav-YTO und Teilen der Frequenz des YTO vor Zufüh­ rung zum Frequenzmischer.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels für die Konfiguration im Spektrumanalysator der Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines Bilds des C/N- (Träger-Rausch) -Abstands in einem Spektrumanalysator.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Konfiguration des Spektrumanalysators des Standes der Technik.

Fig. 4A ist ein Schaltbild eines Beispiels für den Grundaufbau eines multiplizierenden DAC (Digital-Analog-Wand­ ler). Fig. 4B ist ein Schaltbild eines Beispiels für den Grundaufbau eines analogen Spannungsaddierers.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels für die Konfiguration im Spektrumanalysator der Erfindung.

Fig. 6 ist eine Tabelle der Frequenzbeziehung zwischen der Eingangsfrequenz zum Spektrumanalysator und der ersten lokalen Frequenz im herkömmlichen Spektrumanalysator von Fig. 3.

Fig. 7 ist eine Tabelle der Frequenzbeziehung zwischen der Eingangsfrequenz zum Spektrumanalysator und der ersten lokalen Frequenz im Spektrumanalysator der Erfindung.

Anhand der Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungs­ form der Erfindung erläutert. Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels für die Konfiguration im Spektrumanalysator der Erfindung. In diesem Beispiel ist ein lokaler Signaltei­ ler 1 zwischen dem ersten lokalen Oszillator YTO 7 und dem Hochband-Frequenzmischer 22 vorgesehen. Der lokale Signaltei­ ler 1 ist aus Schaltern 2 und 3 sowie einem Frequenzteiler 4 gebildet.

Im lokalen Signalteiler 1 können zwei Signalwege durch die Betätigung der Schalter 2 und 3 hergestellt werden. Ein Signalweg ist ein direkter Weg vom ersten lokalen Oszillator YTO 7 zum Frequenzmischer 22. Der andere ist ein Signalweg unter Einbeziehung des Frequenzteilers 4 zum Teilen der loka­ len Signalfrequenz durch zwei (2), um die halbe Frequenz (1/2-Modus) im ersten lokalen Signal zu erzeugen. Durch gleichzeitiges Betätigen der Schalter 2 und 3 kann die Aus­ gangsfrequenz des YTO 7 direkt oder unter Frequenzhalbierung mit dem Frequenzmischer 22 verbunden werden.

In der Erfindung kommt ein Einoktav-Hochfrequenzband von 2f_LO Hz bis 4f_LO Hz für den ersten lokalen Oszillator YTO 7 zum Einsatz. Das lokale Signal vom YTO 7 wird direkt zum ersten Frequenzmischer 12 im Basisbandblock 10 geführt. Ein Beispiel für den Eingangsfrequenzbereich des Basisbandblocks 10 ist 0 Hz bis 2f_LO Hz, wobei die erste ZF-Frequenz f_ZF1 2f_LO Hz beträgt.

Der Eingangsfrequenzbereich im Hochbandblock 22 ist in zwei Bereiche unterteilt. Der untere Eingangsfrequenzbereich erstreckt sich von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (2f_LO minus f_ZF2) Hz, während der obere Frequenzbereich von (2f_LO mi­ nus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz reicht. In einer typischen Realisierung beträgt die erste lokale Frequenz f_LO 2 GHz, die erste ZF-Frequenz f_ZF1 beträgt 4 GHz, und die zweite ZF-Frequenz f_ZF2 beträgt 0,4 GHz.

Im unteren Frequenzbereich wird die Ausgangsfrequenz des YTO 7 durch zwei dividiert (1/2-Modus), bevor sie zum Hoch­ band-Frequenzmischer 22 geführt wird. Im höheren Frequenzbe­ reich wird die Ausgangsfrequenz des YTO 7 direkt zum Fre­ quenzmischer 22 geführt. Die Beziehung zwischen der Eingangs­ signalfrequenz und der ersten lokalen Frequenz im Basisband­ block 10 und Hochbandblock 20 ist in der Tabelle von Fig. 7 gezeigt.

Wie die Tabelle von Fig. 7 zeigt, ist der erste lokale YTO 7 ein lokaler Kipposzillator mit der Einoktavbandbreite von 2f_LO Hz bis 4f_LO Hz. Durch Steuerung des 1/2-Modus kann das Eingangssignal einer Vorauswahl durch das YTF unter­ zogen werden, das die Doppeloktavbandbreite von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz hat. Wie zuvor er­ wähnt, ist der 1/2-Modus ein Betriebsmodus im Hochbandblock 20, bei dem die Ausgangsfrequenz des ersten lokalen Oszilla­ tors YTO 7 halbiert (1/2) und zum Hochband-Frequenzmischer 22 des Hochbandblocks 20 geführt wird.

Beim Multiplizieren der Frequenz verschlechtert sich ge­ mäß der Darstellung ein C/N-(Träger-Rausch)-Abstand eines Re­ ferenzsignals, das z. B. von einem VCXO (spannungsgesteuerten Kristalloszillator) abgeleitet ist, entsprechend. Ein Bei­ spiel für den C/N-Abstand ist in Fig. 2 gezeigt, in der eine Differenz zwischen einem Pegel eines Trägersignals fc und ei­ nem Seitenbandrauschen als C/N-Abstand dargestellt ist. Ähn­ lich verbessert sich bei Teilung der Frequenz ein C/N-Abstand eines Signals proportional zum Teilungsverhältnis.

Der C/N-Abstand in der beschriebenen Anordnung der Er­ findung verbessert sich um 6 dB bei der höchsten lokalen Fre­ quenz des ersten lokalen Signals, wenn es durch das Referenz­ signal vom VCXO phasensynchronisiert ist. Grund dafür ist, daß der VCXO, der das Referenzsignal zur Phasensynchronisier­ schleife für den YTO zuführt, die Oberschwingungen zwischen dem n-fachen und 2n-fachen der Grundfrequenz von 2f_{V C X O} statt der Oberschwingungen zwischen dem n-fachen und 4n-fa­ chen der Grundfrequenz von f_{V C X O} im herkömmlichen Beispiel verwenden kann. Außerdem wird im 1/2-Modus die erste lokale Signalfrequenz des YTO 7 mit 1/2 multipliziert (halbiert). Dadurch verringert sich der Rauschpegel im ersten lokalen Si­ gnal, das durch den Frequenzmischer 22 empfangen wird, durch das Teilungsverhältnis, d. h., der C/N-Abstand wird um 6 dB besser. Dadurch wird der C/N-Abstand insgesamt um 12 dB durch die Summe von 6 dB und 6 dB verbessert.

Wie erläutert wurde, wird der Spektrumanalysator der Er­ findung realisiert, indem der aus dem YTF mit Mehroktavband gebildete Vorwähler verwendet wird, während der erste lokale Kipp- bzw. Ablenk- oder Wobbeloszillator YTO mit dem billigen Einoktavband zusammen mit dem lokalen Signalteiler zum Ein­ satz kommt. Der dynamische Meßbereich ist durch Verbesserung des C/N-Abstands wesentlich erhöht, während die Kosten ge­ senkt sind.

In der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist der loka­ le Signalteiler zwischen dem ersten lokalen Oszillator YTO 7 und dem Hochband-Frequenzmischer 22 im Hochbandblock angeord­ net. Im 1/2-Modus wird die Ausgangsfrequenz vom YTO 7 durch zwei dividiert, um die Frequenz auf die Hälfte (1/2) der ur­ sprünglichen Frequenz zu halbieren, bevor sie zum Frequenz­ mischer 22 im Hochbandblock 20 geführt wird.

Jedoch ist das Teilungsverhältnis des ersten lokalen Si­ gnals nicht auf 1/2 beschränkt. Möglich ist auch, das Tei­ lungsverhältnis mit einer beliebigen Zahl n vorzusehen, d. h. das erste lokale Signal mit einer durch n geteilten Frequenz zu erzeugen. Auch in diesem Fall wird ein Spektrumanalysator realisiert, der den Dynamikbereich durch Verbesserung des C/N-Abstands erhöht, während die Gesamtkosten reduziert sind.

Ein solches Beispiel ist in Fig. 5 gezeigt, in der der lokale Signalteiler 70 einen 1/n-Frequenzteiler zum Dividie­ ren der Frequenz des ersten lokalen Signals durch n aufweist, bevor sie zum Frequenzmischer 22 des Hochbandblocks 20 ge­ führt wird. Im 1/n-Modus wird das erste lokale Signal mit der durch n geteilten Frequenz zum Frequenzmischer 22 geführt, während im anderen Modus das erste lokale Signal vom YTO 7 direkt zum Frequenzmischer 22 geführt wird.

Wie beschrieben wurde, wird im Spektrumanalysator der Erfindung das erste lokale Signal vom YTO entweder direkt zum ersten Frequenzmischer geführt oder aber frequenzgeteilt, be­ vor es zum Hochband-Frequenzmischer geführt wird. Durch diese Anordnung hat das zum ersten Frequenzmischer geführte lokale Signal ein mit dem Doppeloktavband-YTO gleichwertiges Fre­ quenzband unter Verwendung des Einoktavband-YTO.

Erfindungsgemäß kann der Spektrumanalysator den Träger- Rausch-(C/N)-Abstand unter Verwendung eines abgestimmten YIG- Einoktavoszillators (YTO) verbessern und dabei die Kosten senken. Wegen des verbesserten C/N-Abstands wird der Spek­ trumanalysator mit hohem Dynamikbereich und niedrigem Rausch­ pegel erreicht. Reduziert wird der Rauschpegel des lokalen Signals durch Einbauen des Einoktav-YTO und Teilen der Fre­ quenz des YTO vor Zuführung zum Frequenzmischer.

Obwohl zuvor nur eine bevorzugte Ausführungsform spezi­ ell dargestellt und beschrieben wurde, ist deutlich, daß zahlreiche Abwandlungen und Varianten der Erfindung anhand der vorstehenden Lehren und innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken und beabsichtigten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (9)

1. Spektrumanalysator zum Analysieren des Frequenzspektrums in einem Eingangssignal mit:
einem ersten lokalen Oszillator, der einen abgestimmten YIG-Oszillator aufweist, zum Erzeugen eines ersten loka­ len Signals, das als Reaktion auf ein Rampensignal abge­ tastet wird;
einem Basisbandblock mit einem ersten Frequenzmischer zum Erzeugen eines ersten Zwischenfrequenz-(ZF)-Signals durch Mischen des zu analysierenden Eingangssignals mit dem ersten lokalen Signal und einem zweiten Frequenzmi­ scher zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals durch Mi­ schen des ersten ZF-Signals mit einem zweiten lokalen Signal;
einem Hochbandblock mit einem Frequenzvorwähler, der ein abgestimmtes YIG-Filter (YTF) aufweist, zum Auswählen von Frequenzkomponenten im Eingangssignal als Reaktion auf das Rampensignal, wobei der Hochbandblock ferner ei­ nen Hochband-Frequenzmischer zum Erzeugen des zweiten ZF-Signals durch Mischen des Eingangssignals über das YTF mit dem ersten lokalen Signal hat; und
einem lokalen Signalfrequenzteiler zum Zuführen des er­ sten lokalen Signals zum Hochband-Frequenzmischer entwe­ der direkt oder über einen Frequenzteiler, der die Fre­ quenz des ersten lokalen Signals in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis teilt.

2. Spektrumanalysator nach Anspruch 1, wobei der lokale Si­ gnalteiler mindestens einen Schalter zum Herstellen ei­ nes direkten lokalen Signalwegs zwischen dem YTO und dem Hochband-Frequenzmischer und eines indirekten lokalen Signalwegs mit dem Frequenzteiler zwischen dem YTO und dem Hochband-Frequenzmischer aufweist.

3. Spektrumanalysator nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem lokalen Signalschalter zum selektiven Zuführen des ersten lokalen Signals zum Basisbandblock oder zum Hoch­ bandblock.

4. Spektrumanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wo­ bei der YTO einen Kippfrequenzbereich mit einem Oktav­ band hat, während das YTF einen Kippdurchlaßfrequenzbe­ reich mit einem Doppeloktavband hat.

5. Spektrumanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wo­ bei das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers zwei (2) beträgt, um das erste lokale Signal mit der halben (1/2) Frequenz der ursprünglichen Frequenz des YTO zu erzeu­ gen.

6. Spektrumanalysator zum Analysieren des Frequenzspektrums in einem Eingangssignal mit:
einem ersten lokalen Oszillator, der einen abgestimmten YIG-Oszillator aufweist, zum Erzeugen eines ersten loka­ len Signals, das als Reaktion auf ein Rampensignal abge­ tastet wird;
einem Hochbandblock mit einem Frequenzvorwähler, der ein abgestimmtes YIG-Filter (YTF) aufweist, zum Auswählen von Frequenzkomponenten im Eingangssignal als Reaktion auf das Rampensignal, wobei der Hochbandblock ferner ei­ nen Hochband-Frequenzmischer zum Erzeugen eines ZF-Zwi­ schenfrequenz)-Signals durch Mischen des Eingangssignals über das YTF mit dem ersten lokalen Signal hat; und
einem lokalen Signalfrequenzteiler zum Zuführen des er­ sten lokalen Signals zum Hochband-Frequenzmischer entwe­ der direkt oder über einen Frequenzteiler, der die erste lokale Signalfrequenz in einem vorbestimmten Teilungs­ verhältnis teilt.

7. Spektrumanalysator nach Anspruch 6, wobei der lokale Si­ gnalteiler mindestens einen Schalter zum Herstellen ei­ nes direkten lokalen Signalwegs zwischen dem YTO und dem Hochband-Frequenzmischer und eines indirekten lokalen Signalwegs mit dem Frequenzteiler zwischen dem YTO und dem Hochband-Frequenzmischer aufweist.

8. Spektrumanalysator nach Anspruch 6 oder 7, wobei der YTO einen Kippfrequenzbereich mit einem Oktavband hat, wäh­ rend das YTF einen Kippdurchlaßfrequenzbandbereich mit einem Doppeloktavband hat.

9. Spektrumanalysator zum Analysieren des Frequenzspektrums in einem Eingangssignal mit:
einem ersten lokalen Oszillator, der einen abgestimmten YIG-Oszillator aufweist, zum Erzeugen eines ersten loka­ len Signals, das als Reaktion auf ein Rampensignal abge­ tastet wird;
einem Basisbandblock mit einem ersten Frequenzmischer zum Erzeugen eines ersten zwischenfrequenz-(ZF)-Signals durch Mischen des zu analysierenden Eingangssignals mit dem ersten lokalen Signal und einem zweiten Frequenzmi­ scher zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals durch Mi­ schen des ersten ZF-Signals mit einem zweiten lokalen Signal, wobei der Basisbandblock ferner ein Tiefpaßfil­ ter zum Entfernen von Hochfrequenzkomponenten im Ein­ gangssignal vor Zuführung zum ersten Frequenzmischer hat;
einem Hochbandblock mit einem Frequenzvorwähler, der ein abgestimmtes YIG-Filter (YTF) aufweist, zum Auswählen von Frequenzkomponenten im Eingangssignal als Reaktion auf das Rampensignal, wobei der Hochbandblock ferner ei­ nen Hochband-Frequenzmischer zum Erzeugen des zweiten ZF-Signals durch Mischen des Eingangssignals über das YTF mit dem ersten lokalen Signal hat;
einem lokalen Signalschalter zum selektiven Zuführen des ersten lokalen Signals zum Basisbandblock oder zum Hoch­ bandblock;
einem ZF-Signalschalter zum selektiven Übertragen des zweiten ZF-Signals vom Basisbandblock oder vom Hochband­ block; und
einem lokalen Signalfrequenzteiler zum Zuführen des er­ sten lokalen Signals zum Hochband-Frequenzmischer entwe­ der direkt oder über einen Frequenzteiler, der die Fre­ quenz des ersten lokalen Signals in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis teilt.