DE19948384A1 - Anordnung zum Bestimmen der komplexen Übertragungsfunktion eines Messgerätes - Google Patents

Anordnung zum Bestimmen der komplexen Übertragungsfunktion eines Messgerätes

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Abstract

Zum Bestimmen der komplexen Übertragungsfunktion eines Meßgerätes wird ein Linienspektrum aus einem Pulsgenerator, der beispielsweise durch eine Step-Recovery-Diode gebildet ist, eingespeist und das am Ausgang des Meßgerätes entstehende, digitalisierte Ausgangssignal wird in einem Rechner ausgewertet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung laut Oberbegriff des Patentanspruches.
Anordnungen dieser Art sind bekannt (Hewlett Packard Journal, Dezember 1993, S. 31 ff bzw. S. 47 ff, ältere deutsche Patentanmeldung 197 57 296.0). Mit einer solchen Anordnung kann die Übertragungsfunktion eines Meßgerätes, beispielsweise eines Spektrumanalysators, ab der Eingangsbuchse bis zum A/D-Wandler, also für den gesamten Analogteil des Meßgerätes, bestimmt werden. Durch Auswertung der so gewonnenen Meßwerte nach Betrag und Phase im Rechner kann die zur gemessenen Übertragungsfunktion inverse Funktion berechnet und damit im Betrieb des Meßgerätes dessen Übertragungsfunktion kompensiert werden. Dieses Verfahren kann sowohl für schmalbandige als auch für sehr breitbandige Analogteile von Meßgeräten benutzt werden. Es eignet sich deshalb auch gut für die Kalibrierung von Zwischenfrequenzstufen (ZF-Teil) von Meßgeräten, die im Basisband nicht mehr ausreichend korrigiert werden können.
Das mit einer solchen Anordnung ausführbare Kalibrier- und Kompensations-Verfahren setzt am A/D-Wandler ein Signal voraus, das im Frequenzbereich betrachtet den Amplitudengang und die Gruppenlaufzeit bzw. Phase innerhalb der zu korrigierenden Bandbreite repräsentiert. Dies wird im allgemeinen mit einem Linienspektrum erreicht, das beispielsweise äquidistante Linien im Meßbereich aufweist. Der Abstand der Linien wird so klein gewählt, daß der Amplitudengang und der Phasengang durch die Linien hinreichend genau modelliert ist.
Bei den bisher bekannten Anordnungen dieser Art wird das Linienspektrum entweder auf digitalem Wege unter Verwendung eines D/A-Wandlers erzeugt (Hewlett Packard Journal, Dezember 1993) oder mit Hilfe eines über der Zeit in der Frequenz ansteigendes Kalibriersignal, das durch Multiplikation eines monofrequenten Trägersignals mit einem in der Frequenz linear ansteigenden Hilfssignal erzeugt wird (Patentanmeldung 197 57 296.0). Diese bekannten Einrichtungen zum Erzeugen eines Linienspektrums sind schaltungstechnisch relativ aufwendig, sie besitzen außerdem den Nachteil, daß die Linien des Spektrums bei hoher Bandbreite zeitlich nacheinander erzeugt werden und daher eine relativ lange Meßzeit nötig ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung dieser Art zu schaffen, die mit relativ geringem schaltungstechnischen Aufwand die Erzeugung eines Linienspektrums ermöglicht.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung laut Oberbegriff des Patentanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Gemäß der Erfindung wird zur Erzeugung des Linienspektrums ein an sich bekannter Puls- oder Kamm-Generator benutzt, wie er beispielsweise als Puls-Signalquelle in vielen Meßgeräten vorhanden ist und verwendet wird und wie er beispielsweise beschrieben ist in dem Buch "Grundlagen der Mikrowellentechnik" von M. Kummer, VEB-Verlag Technik, 1986, S. 329. Ein solcher Pulsgenerator kann bis zu hohen Frequenzen im GHz-Bereich beispielsweise durch eine Step-Recovery-Diode realisiert werden, es lassen sich sehr breitbandige Puls-Spektren erzeugen, die bis in den GHz- Bereich noch ausreichende Amplituden- und Phaseneigenschaften aufweisen. Mit einem solchen Pulsgenerator läßt sich also das für eine solche Meßanordnung benötigte Kalibriersignal sehr einfach, genau und reproduzierbar erzeugen. Damit können auch beliebig breitbandige Meßgeräte genau kalibriert und deren Übertragungsfunktion nach Betrag und Phase bzw. Gruppenlaufzeit korrigiert werden. Da beim erfindungsgemäßen Pulsgenerator alle Linien des Linienspektrums immer gleichzeitig vorhanden sind, ist auch ein sehr schnelles Kalibrieren möglich, die Geschwindigkeit hängt nur von der notwendigen Abtastrate des auswertenden A/D-Wandlers zum Erfassen des Spektrums und der notwendigen Anzahl der Abtastwerte für eine hinreichend genaue Berechnung der Kompensationsfunktion der Übertragungsfunktion ab.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den Prinzipaufbau einer Anordnung zum Bestimmen der Übertragungsfunktion eines Meßgerätes 1, beispielsweise eines Spektrumanalysators. Am Eingang des Meßgerätes 1 wird aus einem Pulsgenerator 2 ein Linienspektrum eingespeist, dessen Bandbreite mindestens der Bandbreite des Meßgerätes entspricht. Am Ausgang der Meßgerätes 1, dessen Übertragungsfunktion gemessen und kompensiert werden soll, wird das Ausgangssignal in einem A/D-Wandler 3 abgetastet, die digitalisierten Werte werden in einem Digitalrechner 4 ausgewertet.
Im Pulsgenerator wird ein Pulssignal in der Zeitbereichsdarstellung nach Fig. 2 erzeugt, im Idealfall sind die Pulse sogenannte Dirac-Impulse, deren Zeitdauer Ta gegen Null geht. Durch die Pulsbreite Ta wird der Abstand der Spektrallinien und durch den Impulsabstand Tb wird die Form des Spektrums bestimmt, wie dies die Frequenzbereichsdarstellung nach Fig. 3 zeigt. Bei einem idealen Pulssignal aus Dirac- Impulsen ist das Pulsspektrum unendlich breit, 1/Ta geht gegen ∞. Für endlich breite Pulse ist die Hüllkurve des Linienspektrums eine sin(x)/x-Funktion, der nutzbare Bereich des Spektrums ergibt sich aus der Forderung, wie genau die Übereinstimmung der Linienlängen, d. h. der Abfall der sin(x)/x-Kurve sein muß.

Claims (2)

1. Anordnung zum Bestimmen der komplexen Übertragungsfunktion eines Meßgerätes mit einer Einrichtung zum Einspeisen eines Linienspektrums und einer Einrichtung (3, 4) zum Auswerten des am Ausgang des Meßgerätes (1) entstehenden und mittels eines A/D-Wanders digitalisierten Ausgangssignals in einem Rechner, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Linienspektrums ein Pulsgenerator (2) ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsgenerator (2) eine Step-Recovery-Diode ist.
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