DE19912266C2 - Spektrumanalysator - Google Patents

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 (abstimmbarer YIG-Oszillator) als lo­ kaler Wobbeloszillator und ein YTF (abstimmbares YIG-Filter) als Frequenzvorwähler für ein ankommendes Signal eingebaut sind.

Die DE 196 15 651 offenbart einen Spektrumanalysator, der Frequenzen eines Eingangssignals unter Verwendung eines Überlagerungssignals umsetzt, die umgesetzten Frequenzaus­ gangssignale erfasst und die Frequenzen des Überlagerungssig­ nals durchwobbelt, um ein Ausgangssignal auf Frequenzbasis zu erhalten, wobei jeder aus einer Mehrzahl zu messender Meßfre­ quenzbereiche nacheinander mit niedriger Geschwindigkeit durchgewobbelt und jeder von Nichtmeßfrequenzbereichen außerhalb der Messfrequenzbereiche mit einer höheren Geschwindigkeit als der niedrigen Geschwindigkeit durchgewobbelt wird.

Die DE 197 01 209 offenbart einen Spektrumanalysator mit einem PLL-Synthesizer, in welchem eine Wobbeloperation für eine Frequenz eines daraus ausgegebenen Signals durchgeführt wird.

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 abstimmbarer YIG-Oszillator (YTO) als lokaler Oszil­ lator und ein abstimmbares 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-Quarz ist ein Element, das magnetische Resonanzschwingungen mit einer Mikrowellenfre­ quenz als Reaktion auf die Stärke des Magnetfelds ausführt, das den Quarz umgibt. Durch Ändern des magnetischen Gleich­ felds (DC-Magnetfeld) ändert sich die Resonanzfrequenz des YIG-Quarz linear. Der YIG-Quarz hat einen breiten Frequenzre­ sonanzbereich, der durch einen Gleichstrom (Magnetfeldstärke) mit ausgezeichneter Linearität gesteuert wird. Ferner hat die Resonanzkennlinie des YIG-Quarz einen ausgezeichneten Güte­ faktor (Q), der zum Herstellen hochqualitativer Oszillatoren und Filter geeignet ist.

Daher ist ein YTO unter Verwendung eines YIG-Quarz kon­ figuriert, um einen Wobbeloszillator in einem Mikrowellen- Frequenzbereich zu bilden. Da ein Frequenzspektrumanalysator einen breiten Frequenzbereich des Frequenzspektrums analysie­ ren muß, ist ein YTO vorteilhaft als lokaler Oszillator des Spektrumanalysators eingebaut. Besonders bei Anwendung einer Phasensynchronisationstechnologie auf das hochfrequente Schwingungssignal des YTO unter Verwendung eines niederfre­ quenten hochstabilen Quarzoszillators, z. B. eines VCXO (spannungsgesteuerten Quarzoszillators), ist es möglich, ei­ nen lokalen Mikrowellen-Wobbeloszillator mit hoher Signal­ reinheit zu realisieren.

Als Frequenzwobbelbereich ist eine einzelne Oktavband­ breite, 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 Doppeloktavband­ breite von f_LO bis 4f_LO Hz zur Verfügung steht, ist ein solcher YTO gewöhnlich teuer und in gleichmäßiger Qualität schwer herzustellen.

Bei einem YTF handelt es sich um ein Wobbelfrequenz- Bandpaßfilter unter Ausnutzung der Eigenschaft des YIG- Quarzs, daß sich eine Durchlaßfrequenz als Reaktion auf eine angelegte Gleichspannung linear ändert. Bei Anwendung von Frequenzvorwählern in Spektrumanalysatoren ist es relativ einfach, YTF mit Oktavbandbreiten von f_LO bis 4f_LO Hz zu reali­ sieren.

Bei der Frequenzspektrumanalyse unter Verwendung eines Frequenzspektrumanalysators hat ein durch den Spektrumanaly­ sator zu prüfendes Eingangssignal oft viele unterschiedliche Frequenzkomponenten (Spektrum). Zudem reichen die Signalleis­ tungspegel 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 Fre­ quenz f_ZF Hz eine Zwischenfrequenz eines Eingangsfrequenzmi­ schers, d. h. eine Summe oder Differenz zwischen der Eingangssignalfrequenz und der Frequenz des lokalen Oszillators (YTO). Bei der Analyse des Niederfrequenzbereichs des Ein­ gangssignals werden Hochfrequenzkomponenten durch ein Tief­ paßfilter 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 (abstimmbarer YIG-Oszillator) 7 ist ein erster lokaler Wobbeloszillator 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 (abstimmbares 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, Off­ setspannungsgeneratoren 33 und 35 sowie einen Verstärkungsda­ tengenerator 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 Hoch­ band-Frequenzmischer 22 das zweite ZF-Signal f54 mit der ZF- Frequenz f_ZF2. Das zweite ZF-Signal f54 (Frequenz f_ZF2) vom Ba­ sisbandblock 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 16f_LO Hz durch Verwendung harmonischer Wellen der Schwingfrequenz des YTO. Der einfacheren Er­ läuterung 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) beschrie­ ben. Hierbei hat das Wobbelfrequenz-Durchlaßband des YTF- Vorwählers 21 einen Bereich von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz, und die Wobbeloszillatorfrequenz des lokalen Oszillators YTO 7 hat einen Bereich von f_LO Hz bis 4f_LO Hz. Beispielsweise beträgt die erste lokale Frequenz 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 multiplizierenden DAC (Digital-Analog-Wandlers) 36 geführt. Die Frequenzbe­ reichsdaten (Spannendaten) vom Spannendatengenerator (Fre­ quenzbereichs-Datengenerator) 32 werden zum digitalen Date­ nanschluß 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 geführte Rampensignal wird durch die digitalen Daten als Darstellung der Spanne (Frequenzbereich) vom Spannengenerator 32 modifi­ ziert, wodurch ein analoges Signal erzeugt wird, das das Pro­ dukt aus dem Rampensignal und den Spannendaten am Ausgang 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 digi­ tale 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 Spektrumanalysator fest. Unter der Annahme, daß die Offset­ spannung b beträgt, wird somit die zuvor beschriebene Bezie­ hung nun zu y = ax + b. Die Spannung des Rampensignals vom multiplizierenden DAC 36 beträgt ax, und die Spannung der Mittenfrequenz beträgt b. Die Ausgabe des analogen Spannungs­ addierers 37 wird zum YTO 7 geführt, durch den ein lokales Wobbelsignal erzeugt wird.

Außerdem wird die Ausgabe des analogen Spannungsaddie­ rers 37 zum multiplizierenden DAC 38 geführt, um ein zum YTF 21 zu führendes Wobbelsignal zu erzeugen. Im multiplizieren­ den DAC 38 wird das durch y = ax + b ausgedrückte Rampensig­ nal vom analogen Addierer 37 mit den Verstärkungsdaten vom Verstärkungsdatengenerator 34 multipliziert. Dieses Verfahren dient der Anpassung der Durchlaßfrequenz des YTF 21 an die Wobbeloszillatorfrequenz des YTO 7. Da sich die Frequenzei­ genschaft des YTF 21 und die Frequenzeigenschaft des YTO 7 unterscheiden 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 Off­ setspannungsgenerator 35 durch den analogen Spannungsaddierer 39 addiert. Die Offsetspannung c ist vorgesehen, um die Fre­ quenzdifferenz in der Durchlaßfrequenz des YTF 21 von der lo­ kalen 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. So­ mit ist die Offsetspannung c die Spannungsmenge zum Bewirken 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 davon 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-Durchlaßfre­ quenz, d. h. die Eingangssignalfrequenz, ist. Somit ist die zum Vorwähler YTF 21 geführte Ansteuerspannung eine durch y = a'x + b ± c dargestellte Spannung. Im konstruktiven Ermessen liegt, ob Addition oder Subtraktion im vorstehenden Ausdruck gewählt wird. Auf diese Weise erfolgt das Wobbeln des ersten lokalen Oszillators YTO 7 und des Vorwählers YTF 21 unter ge­ genseitigem Nachlauf durch das Rampensignal x in der vorge­ nannten 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 Eingangsfre­ quenz 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 Wobbelspannung nachläuft. Der Ein­ gangsfrequenzbereich im Hochbandblock 20 erstreckt sich z. B. von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz. Die Beziehung 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 Hochfrequenzkomponenten im Eingangssignal zum ersten Frequenzmischer 12 geführt wer­ den. Das Eingangssignal wird mit dem ersten lokalen Signal f41 vom YTO 7 gemischt und in das erste ZF-(Zwischenfre­ quenz)-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 Sig­ nal im zweiten Frequenzmischer 15 gemischt und in das zweite ZF-Signal f54 umgewandelt. Das zweite ZF-Signal f54 am Aus­ gang des zweiten Frequenzmischers 14 hat eine Frequenz von f_ZF2 Hz.

Im Hochbandblock 20 wobbelt der YTO zwischen f_LO Hz und 4f_LO Hz für die Eingangssignal frequenz im Bereich von (f_LO mi­ nus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz. Das lokale Signal 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 un­ terzogen 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 (Lei­ stungspegel) 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 Oszillator YTO 7 auch ein Doppeloktavband von f_LO Hz bis 4f_LO Hz abtasten. Al­ lerdings sind Doppeloktav-YTO teurer als Einoktav-YTO und schwieriger in gleicher Qualität herzustellen.

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 Quarzoszillators (VCXO). Zum Beispiel ist die harmonische Frequenz eine Fre­ quenz mit dem n-fachen der VCXO-Grundfrequenz f_VCXO für die erste lokale Frequenz f_LO Hz. Bei der zuvor beschriebenen her­ kömmlichen Technologie ist für die lokale Frequenz 4f_LO Hz die harmonische Frequenz das 4n-fache der VCXO-Grundfrequenz f_VCXO.

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 ver­ ringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Spekt­ rumanalysator bereitzustellen, der das Frequenzspektrum des Eingangssignals mit geringem Rauschen und hohem Dynamikbe­ reich analysieren kann. Diese Aufgabe wird durch einen Spektrumanalysator mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

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

Der Spektrumanalysator der Erfindung weist auf: einen ersten lokalen Oszillator, der einen abstimmbaren YIG-Oszil­ lator aufweist, zum Erzeugen eines ersten lokalen Signals, das als Reaktion auf ein Rampensignal abgetastet bzw. abgelenkt oder gewobbelt wird; einen Basisbandblock mit einem ersten 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 Sig­ nal; einen Hochbandblock mit einem Frequenzvorwähler, der ein abstimmbares 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 abstimmbaren 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.

Erfindungsgemäß verbessert der Spektrumanalysator den Träger-Rausch-(C/N)-Abstand unter Verwendung eines billigen abstimmbaren YIG-Einoktavoszillators (YTO) verbessert.

Ferner reduziert der Spektrumanalysator den Rauschpegel des lokalen Signals durch Einbau eines Einoktav-YTO und Tei­ len der Frequenz des YTO.

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 be­ trägt.

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 minus 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 Wobbeloszillator 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 unterzogen wer­ den, das die Doppeloktavbandbreite von (f_LO minus f_ZF2) Hz bis (4f_LO minus f_ZF2) Hz hat. Wie zuvor erwähnt, ist der 1/2-Modus ein Betriebsmodus im Hochbandblock 20, bei dem die Ausgangs­ frequenz des ersten lokalen Oszillators YTO 7 halbiert (1/2) und zum Hochband-Frequenzmischer 22 des Hochbandblocks 20 ge­ führt 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 Quarzoszillator) abgeleitet ist, entsprechend. Ein Beispiel für den C/N-Abstand ist in Fig. 2 gezeigt, in der eine Diffe­ renz zwischen einem Pegel eines Trägersignals fc und einem Seitenbandrauschen als C/N-Abstand dargestellt ist. Ähnlich verbessert sich bei Teilung der Frequenz ein C/N-Abstand ei­ nes 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_VCXO statt der Oberschwingungen zwischen dem n-fachen und 4n-fachen der Grundfrequenz von f_VCXO im herkömmlichen Beispiel verwenden kann. Außerdem wird im 1/2-Modus die erste lokale Signalfre­ quenz des YTO 7 mit 1/2 multipliziert (halbiert). Dadurch verringert sich der Rauschpegel im ersten lokalen Signal, das durch den Frequenzmischer 22 empfangen wird, durch das Tei­ lungsverhältnis, 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 Wobbeloszillator YTO mit dem billigen Einoktavband zusammen mit dem lokalen Signalteiler zum Einsatz kommt. Der dynami­ sche Meßbereich ist durch Verbesserung des C/N-Abstands we­ sentlich erhöht, während die Kosten gesenkt 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 Frequenzmi­ scher 22 im Hochbandblock 20 geführt wird.

Jedoch ist das Teilungsverhältnis des ersten lokalen Signals 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 Frequenzband unter Verwendung des Einoktavband-YTO.

Erfindungsgemäß kann der Spektrumanalysator den Träger- Rausch-(C/N)-Abstand unter Verwendung eines abstimmbaren 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.

Claims (8)

1. Spektrumanalysator zum Analysieren des Frequenzspektrums in einem Eingangssignal mit:
einem ersten lokalen Oszillator (7), der einen abstimmbaren YIG-Oszillator (YTO) aufweist, zum Erzeugen eines ersten lokalen Signals (f40), dessen Frequenz anhand eines Rampensignals von einem Rampensignalgenerator (30) gewobbelt wird;
einem Basisbandblock (10) mit einem ersten Frequenzmischer (12) zum Erzeugen eines ersten Zwischenfrequenz-(ZF)-Signals (f53) durch Mischen des zu analysierenden Eingangssignals (f50) mit dem ersten lokalen Signal (f40, f41), und einem zweiten Frequenzmischer (14) zum Erzeugen eines zweiten ZF-Signals (f54) durch Mischen des ersten ZF-Signals (f53) mit einem zweiten lokalen Signal;
einem Hochbandblock (20) mit einem Frequenzvorwähler (21), der ein abstimmbares YIG-Filter (YTF) aufweist, zum Auswählen von Frequenzkomponenten im Eingangssignal (f50) anhand der Spannungspegel des Rampensignals, wobei der Hochbandblock (20) ferner einen Hochband- Frequenzmischer (22) zum Erzeugen eines weiteren zweiten Zi-Signals (f54) durch Mischen des Eingangssignals (f50) über das YTF mit dem ersten lokalen Signal (f40, f42) hat;
einem Eingangsschalter (6) zum selektiven Zuführen des zu analysierenden Eingangssignals (f50) zu dem Basisbandblock (10) oder zu dem Hochbandblock (20);
einem Zwischenfrequenz-Signalschalter (25) zum selektiven Zuführen des zweiten ZF-Signals (f54) entweder von dem Basisbandblock (10) oder von dem Hochbandblock (20) zu einem Detektor (28);
einer Anzeige (31), die mit dem Detektor (28) verbunden ist und unter Verwendung des Rampensignals das Frequenzspektrum des Eingangssignals (f50) anzeigt; und
einem lokalen Signalfrequenzteiler (1, 70) zum Zuführen des ersten lokalen Signals (f40) zum Hochband-Frequenzmischer (22) entweder direkt oder über einen Frequenzteiler (4, 40), der die Frequenz des ersten lokalen Signals (f40) in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis teilt.

2. Spektrumanalysator nach Anspruch 1, wobei der lokale Signalfrequenzteiler (1, 70) mindestens einen Schalter (2, 3) zum Bilden eines direkten lokalen Signalweges zwischen dem YTO und dem Hochband-Frequenzmischer (22) und eines indirekten lokalen Signalweges mit dem Frequenzteiler (4, 40) zwischen dem YTO und dem Hochband-Frequenzmischer (22) aufweist.

3. Spektrumanalysator nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem lokalen Signalschalter (8) zum selektiven Zuführen des ersten lokalen Signals (f40) zum Basisbandblock (10) oder zum Hochbandblock (20).

4. Spektrumanalysator nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner mit einem dritten Frequenzmischer (26) zum Erzeugen eines dritten ZF-Signals (f55) durch Mischen des zweiten ZF-Signals (f54) mit einem dritten lokalen Signal; und wobei die Anzeige (31) das Frequenzspektrum des Eingangssignals (f50) auf der Grundlage des dritten ZF-Signals (f55) von dem dritten Frequenzmischer (26) anzeigt.

5. Spektrumanalysator nach Anspruch 4, wobei der Basisbandblock (10) ferner ein Tiefpassfilter (11) zum Entfernen von Hochfrequenzkomponenten im Eingangssignal (f50) vor Zuführung zum ersten Frequenzmischer (12) aufweist;
wobei der Detektor (28) das ZF-Signal von dem ZF-Signalschalter (25) empfängt und das ZF-Signal (f54, f55) in ein Gleichspannungssignal umwandelt;
ferner mit einem Analog/Digitalwandler (29) zum Umwandeln des Gleichspannungssignals von dem Detektor (28) in ein digitales Signal; und
wobei die Anzeige (31) das Digitalsignal von dem A/D-Wandler (29) empfängt und das Frequenzspektrum des Eingangssignals (f50) anzeigt.

6. Spektrumanalysator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der YTO des ersten lokalen Oszillators (7) einen Wobbelfrequenzbereich aufweist, der 1/n des Wobbelfrequenzbereiches des YTF beträgt, und das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers (40) n beträgt.

7. Spektrumanalysator nach Anspruch 6, wobei der YTO des ersten lokalen Oszillators (7) einen Wobbelfrequenzbereich aufweist, der 1/2 des Wobbelfrequenzbereiches des YTF beträgt, und das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers (40) 2 beträgt.

8. Spektrumanalysator nach Anspruch 7, wobei der YTO des ersten lokalen Oszillators (7) einen Wobbelfrequenzbereich mit einem Oktavband hat, während das YTF des Frequenz-Vorwählers (21) einen Wobbeldurchlass- Frequenzbereich mit einem Doppeloktavband hat.