DE4008143C2 - Verfahren zur Unterscheidung von auf einem Display angezeigten Meßantworten eines Frequenzwobbel-Spektrumanalysators von Störantworten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung von auf einem Display angezeigten Meßantworten eines Frequenzwobbel-Spektrumanalysators von Störantworten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1

Spektrumanalysatoren, welche nach dem Superheterodyn- oder dem Frequenzwobbelprinzip arbeiten, basieren auf der Verwendung eines Mischers und eines lokalen Oszillators mit variabler Frequenz. Das zu analysierende Eingangssignal wird zur Erzeugung eines ersten Zwischenfrequenzsignals mit dem Ausgangssignal eines ersten lokalen Wobbeloszillators gemischt. Jedes ankommende Signal, daß sich mit einer harmonischen Frequenz des ersten lokalen Wobbeloszillators mischt, erzeugt eine Analysatorantwort. Der Spektrumanalysator wird jedoch jeweils nur für Antworten geeicht, die durch Mischen mit lediglich einer der Harmonischen des ersten lokalen Wobbeloszillators erzeugt werden. Diese Antworten sind Meßantworten des Analysators, während diejenigen Antworten, die durch Mischen mit den anderen Harmonischen, für die der Analysator nicht geeignet ist, Störantworten sind.

Für bestimmte Spektrumanalysatoren innerhalb bestimmter Frequenzbereiche beschränkt ein festes oder abstimmbares Filter das Eingangssignal auf lediglich die Frequenzen, welche Meßantworten erzeugen. In anderen Fällen ist es jedoch notwendig, zur Unterscheidung zwischen Meßantworten und Störantworten mehr zu tun.

Es sind Verfahren zur Unterscheidung zwischen Meßantworten und Störantworten eines Spektrumanalysators bekannt. Typischerweise beruhen diese Verfahren auf einer Änderung der Einstellung an der Frontseite des Spektrumanalysators derart, daß Meßsignale um einen vorgegebenen Betrag verschoben werden, während Störsignale um einen anderen Betrag verschoben werden. Die Erzeugung dieser vorgegebenen Verschiebungen kann durch Änderung der Frequenzen des lokalen Oszillators und/oder der Filtercharakteristik erfolgen.

Die US-PS 4 568 878 beschreibt die Automatisierung eines derartigen Verfahrens mittels eines Mikroprozessors, so daß Störsignale automatisch aus der Anzeige eliminiert werden. Bei diesem Verfahren werden durch den Spektrumanalysator erzeugte Störantworten dadurch aus der Analysatoranzeige eliminiert, daß ein Merkmal des angezeigten Signals für ein Testen ausgewählt, die Analysatorsteuerungen für die Anzeige des interessierenden Merkmals in Schirmmitte und in einem vorgegebenen Meßbereich eingestellt, die Frequenz des zweiten lokalen Oszillators auf einen vorgegebenen Wert eingestellt und die Amplitude des Signals im Analysator-Speicherplatz entsprechend einem Punkt auf dem Schirm an einer vorgegebenen von der Schirmmitte verschiedenen Stelle mit der Amplitude des vorher in dem der Schirmmitte entsprechenden Speicherplatz vorhandenen Signals verglichen wird. Ergibt der Vergleich keine Gleichheit, so wird das ausgewählte Merkmal aus der Anzeige eliminiert. Bei einem nach diesem Verfahren arbeitenden Spektrumanalysator ist jedoch nur ein Signalweg mit einer Zwischenfrequenz vorhanden. Trotz der Verfügbarkeit eines solchen Verfahrens bevorzugen Anwender, die Identifizierung von Meßsignalen und Störsignalen selbst durchzuführen, weil sie nicht wünschen, daß der Computer in nachteiliger Weise interessierende Daten löscht.

Eine weitere Möglichkeit zur Unterscheidung zwischen Meßantworten und Störantworten ist die Umschaltung einer ersten Zwischenfrequenzfilterfrequenz und eine entsprechende Änderung der Frequenz des zweiten lokalen Oszillators, so daß die beiden Änderungen sich für Frequenzen, welche sich mit der vorbestimmten Harmonischen des ersten lokalen Oszillators mischen, im interessierenden Frequenzbereich auslöschen, wobei jedoch keine Signale ausgelöscht werden, welche sich mit der falschen Harmonischen mischen. Diese Lösung bewirkt, daß die Meßantworten bei der Durchführung dieser Änderungen an ihrer ursprünglichen Horizontalstelle bleiben, während sich Störantworten an andere Horizontalstellen bewegen.

Aus der DE-OS 24 01 397 ist ein Verfahren zum Kennzeichnen von auf dem Schirm eines Sichtgerätes dargestellten Meßwertkurven durch feststehende in Richtung der Zeitachse aufeinanderfolgende Kennzeichen und Zuordnung der Kennzeichen zu den einzelnen Kurven durch Markierungen auf den Kurven zu den entsprechenden Zeitpunkten bekannt, bei dem die Markierungen auf den Kurven durch Änderungen der Helligkeit und/oder Farbe der Kurven unter Beibehaltung ihrer Erkennbarkeit erzeugt werden.

Aus der US-PS 4 669 123 ist es bei einem Verfahren und einem Gerät zur Untersuchung eines Photomaskenrasters mittels eines Vektorvergleichsverfahrens bekannt, in einer Schwarz/Weiß-Darstellung des Rasters Übergangsbereiche als grau zu bewerten.

Eine vereinfachte Version eines konventionellen Super­ heterodyn-Spektrumanalysators ist in Fig. 1 dargestellt. Das zu analysierende Eingangssignal wird an einem Eingangsan­ schluß 2 aufgenommen und in einem Mischer 4 mit dem Ausgangssignal eines lokalen Wobbeloszillators 6 der Frequenz F₁₀₁ gemischt, welche durch einen Oszillatorabstimmkreis 27 festgelegt ist und durch einen Sägezahngenerator 26 gewobbelt wird. Das Ausgangssignal des Mischers 4 wird zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit einer Frequenz zweier Zwischenfrequenzen F_{if 1a} oder F_{if 1b} in zwei erste Zwischenfrequenzfilter 8 bzw. 10 mit fester Frequenz ein­ gespeist. Das Ausgangssignal des ersten Zwischenfrequenzfil­ ters A8 wird in einen Eingang eines Mischers 12 einge­ speist, in dem es mit dem Ausgangssignal eines zweiten lokalen Oszillators A15 der Frequenz F₁₀₂ gemischt wird. Das Ausgangssignal des ersten Zwischenfrequenzfilters B10 wird in einen Eingang eines Mischers 14 eingespeist, in dem es mit dem Ausgangssignal eines zweiten lokalen Oszillators B16 der Frequenz F₁₀₂ gemischt wird. Ein Schalter 17 wählt zwischen den Ausgangs­ signalen der beiden Mischer 12, 14 aus.

Das Ausgangssignal des ausgewählten Mischers 12 oder 14 wird in ein zweites Zwischenfrequenzfilter und eine Verstärker­ stufe eingespeist, wobei es sich um ein Filter 18 mit variabler Auflösung und fester Frequenz und einem logarith­ mischen Verstärker 20 handelt. Das Ausgangssignal der zweiten Zwischenfrequenzfilterstufe 18, 20 wird durch einen Detektor 22 detektiert und über Verstärker und eine Video­ verarbeitungsschaltung (nicht dargestellt) in eine Digitali­ sierungsstufe 24 für Vertikalinformation eingespeist.

Ein Sägezahngenerator 26 erzeugt einen horizontalen Wobbel­ sägezahn, der zum Wobbeln des lokalen Oszillators 6 genutzt und in eine Horizontalstellungs-Informationsdigitalisie­ rungsstufe 28 eingespeist wird. Das digitale Ausgangssignal der Horizontalstellungs-Informationsdigitalisierungsstufe 28 ist ein Maß für die Augenblicksfrequenz des ersten lokalen Oszillators 6 und wird durch einen Speicher 38 mit wahlfreiem Zugriff bei der Speicherung von Vertikalinformation genutzt, welche die von der Vertikalstellungs-Informationsdigitalisierungs­ stufe 24 abgeleitete Signalamplitude repräsentiert.

Ein zweiter Sägezahngenerator 40 erzeugt einen digitalen Sägezahn, welcher einen Horizontalverstärker 32 steuert und Adreßinformation zur Auslesung der im Speicher 38 mit wahlfreiem Zugriff gespeicherten Vertikalinformation liefert. Die in den adressierten Speicherplätzen der Speicherstufe 38 gespeicherte Vertikalamplitudeninforma­ tion steuert einen Vertikalablenkverstärker 30 einer Kathodenstrahlröhre 34.

Die Gesamtfunktion des Analysators wird durch einen internen Computer 36 gesteuert, welcher mit dem größten Teil der Komponenten des Analysators einschließlich der in Fig. 1 dargestellten Komponenten zusammenwirkt, um die Funktion des Analysators zu koordinieren und zu steuern und Operatorein­ gangssignale über eine Benutzerschnittstelle aufzunehmen.

Auf der Vertikalachse der Analysatoranzeige erscheint immer dann eine Charakteristik, wenn das Eingangssignal eine Komponente einer Frequenz F_s derart enthält, daß eine der folgenden Wandlergleichungen erfüllt ist:

(M × F₁₀₁ - N × F_s) - F₁₀₂ = F_{if 2} (1)

(N × F_s - M × F₁₀₁) - F₁₀₂ = F_{if 2} (2)

(N × F_s + M × F₁₀₁) - F₁₀₂ = F_{if 2} (3)

F₁₀₂ - (M × F₁₀₁ - N × F_s) = F_{if 2} (4)

F₁₀₂ - (N × F_s - M × F₁₀₁) = F_{if 2} (5)

F₁₀₂ - (N × F_s + M × F₁₀₁) = F_{if 2} (6)

N und M repräsentieren die Anzahl der verschiedenen Harmoni­ schen und können lediglich ganzzahlige Werte annehmen. Liegt der Pegel des Eingangssignals tief, so kann N immer zu 1 angenommen werden. Es ist weiterhin nötig, daß die in Klammern stehende Größe im Durchlaßbereich der ersten Zwischenfrequenzfilterstufe 8 liegt. Die erste Zwischenfre­ quenz wird so gewählt, daß entweder die ersten drei oder die letzten drei Umwandlungen nicht möglich sind. Die erste Zwischenfrequenz ist kleiner als der Minimalwert der Frequenz (Wobbelfrequenz) F₁₀₁ des ersten lokalen Oszilla­ tors, so daß die Umwandlungen (3) und (6) nicht möglich sind. Somit erzeugt lediglich ein Eingangssignal F_s, daß die folgenden Gleichungen erfüllt, ein Signal auf der Anzeige:

(M × F₁₀₁ - F_s) - F₁₀₂ = F_{if 2} (1a)

(F_s - M × F₁₀₁) - F₁₀₂ = F_{if 2} (2a)

Der Analysator ist zu jedem Zeitpunkt jedoch lediglich auf eine dieser beiden Gleichungen und einen speziellen Wert M beispielsweise M₁ geeicht. Nichtsdestoweniger erreichen auch die andere Gleichung erfüllende Signale die Anzeige, wo sie als Störsignale betrachtet werden, da die für sie angezeig­ ten Frequenzen immer falsch sind und die angezeigten Amplituden ebenfalls als fehlerhaft anzusehen sind.

Um nach Störantworten zu suchen, kann der Computer 36 so programmiert werden, daß die Stellung des Schalters 17 geändert wird und die Signale zur Oszillatorabstimmschaltung 27 gesendet werden, wodurch die Frequenz des ersten lokalen Oszillators 6 geändert wird. Eines der ersten Zwischenfre­ quenzfilter 8, 10 besitzt einen an eine Frequenz der Frequenzen des ersten lokalen Oszillators angepaßten Durchlaßbereich, während das andere erste Zwischenfrequenz­ filter einen an die Frequenzen des anderen ersten lokalen Oszillators angepaßten Durchlaßbereich besitzt. Es sind daher zwei alternative Wege durch die Frontseite des Spektrumanalysators möglich, welche beide auf dem gleichen Wert M (Harmonische) basieren, was jedoch für unterschiedli­ che Werte von F_{if 2} gilt. Der Unterschied in den beiden ersten Zwischenfrequenzen wird dann durch eine Differenz in den Frequenzen des zweiten lokalen Oszillators 15, 16 ausgelöscht, so daß die Eingangssignale für das Filter 18 mit variabler Auflösung, die durch den Schalter 17 ausgewählt werden, im gleichen Frequenzbereich liegen.

Die Umschaltung dieser beiden alternativen Wege an der Frontseite des Spektrumanalysators erzeugt Meßantworten an der gleichen Stelle auf der Anzeige, während Störantworten sich an unterschiedlichen Stellen bemerkbar machen oder auf der Anzeige überhaupt nicht erscheinen.

Es ist bekannt, einen zweiten Weg an der Frontseite des Analysators zu verwenden und einen zweiten Satz von Wobbel­ daten zu erzeugen, um diese alternativen Wobbeldaten zu speichern, und diejenigen Daten aus der alternativen Einstellung anzuzeigen, welche von den laufenden Daten um einen vorgegebenen Betrag versetzt sind, um einen Operator einen visuellen Vergleich zwischen diesen beiden Daten zu ermöglichen.

Dieser visuelle Vergleich ist jedoch fehlerbehaftet, so daß die gespeicherten Referenzwobbeldaten nicht nutzbar sind, wenn die Analysatorsteuerungen so betätigt werden, daß die Anzeige beeinflußt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das es erlaubt, Meßantworten eines Spektrumanalysators einfacher als bisher visuell von Störantworten zu unterscheiden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnen­ den Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung sieht also ein Verfahren zur Unterscheidung zwischen Meßantworten und Störantworten in einem Wobbelfrequenz-Spektrumanalysator Weise vor. Das Verfahren beruht auf der Nutzung von Wobbeldaten aus zwei unterschiedlichen, jedoch äquiva­ lenten Wegen an der Frontseite des Spektrumanalysators. Die Einstellung der Frontseite des Spektrumanalysators wechselt kontinuierlich zwischen der ersten und zweiten Einstellung ab. Ein Durchlauf des Spektrums unter Nutzung der ersten Einstellung wird digita­ lisiert und gespeichert sowie angezeigt. Der unter Nutzung der zweiten Einstellung erhaltene Durchlauf wird ebenfalls digitalisiert und gespeichert sowie angezeigt. Zum Zeitpunkt, in dem die laufenden Wobbeldaten angezeigt werden, werden jedoch auch die gespeicherten Daten von der ersten Wobbelung unter Nutzung der anderen Einstellung an der gleichen Stelle auf dem Schirm angezeigt. Es sind daher immer zwei Anzeigen auf dem Schirm vorhanden, welche so genau wie möglich überlagert sind. Die beiden Wobbelungen werden unter Ausnutzung unterschiedlicher Intensitäten oder vorzugsweise unter Ausnutzung unterschiedlicher Farben angezeigt, so daß sie voneinander unterschieden werden können und daß - wichtiger - Bereiche, wo sie zusammenfallen, sich für den Operator von Bereichen, wo sie nicht zusammenfallen, unterscheiden, so daß eine leichte visuelle Identifizierung von Störsignalen möglich ist. Da durch die beiden Einstellungen an Fronseite Änderungen in der Verstärkung und Dämpfung vorhanden sein können, können Vergleiche zwischen den Daten der beiden Wobbelungen zur Justierung der Verstärkung mindestens eines Weges genutzt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines typischen Superheterodyn-Spektrumanalysators;

Fig. 2 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 3 eine idealisierte Darstellung einer durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Spektrum­ analysatoranzeige.

Das in Fig. 2 als Flußdiagramm dargestellte erfindungsge­ mäße Verfahren wird eingegeben, wenn ein Operator des Spektrumanalysators diesen Betriebsmodus wählt. Der Schritt des Ansatzes zweier äquivalenter Einstellungen bezieht sich auf die Berechnung der notwendigen Werte für den ersten und zweiten lokalen Oszillator, so daß das Frequenzspektrum überprüft werden kann, das der Operator angezeigt hat und die Differenz zwischen den beiden Frequenzen der Differenz zwischen den beiden alternativen ersten Zwischenfreguenz- Filterstufen entspricht. Alterniert das Instrument zwischen diesen beiden Einstellungen, so schaltet es zwischen den beiden ersten Zwischenfrequenzfiltern um und führt entspre­ chende Änderungen für die beiden lokalen Oszillatorfrequen­ zen durch. Damit bleiben die Meßantworten an ihrer ursprünglichen horizontalen Stelle, wenn diese Änderungen durchgeführt werden, während die Störantworten sich an andere horizontale Stellen bewegen.

Der Spektrumanalysator erzeugt dann eine Wobbelung unter Ausnutzung dieser äquivalenten, jedoch unterschiedlichen Einstellungen. Die Ergebnisse dieser Wobbelung werden beide gespeichert und unter Ausnutzung einer ersten Farbe ange­ zeigt. Während der ersten Zeit in dieser Schleife ist keine Wobbelung zur gleichzeitigen Anzeige vorhanden. In nachfol­ genden Durchläufen durch die Schleife wird die andere Wobbelung, welche bei der vorhergehenden Wobbelung gespei­ chert wurde, gleichzeitig angezeigt.

Der Spektrumanalysator erzeugt sodann eine Wobbelung unter Nutzung der anderen Einstellung der äquivalenten, jedoch unterschiedlichen Einstellungen. Die Ergebnisse dieser Wobbelung werden ebenfalls beide gespeichert und unter Ausnutzung einer zweiten Farbe angezeigt. Gleichzeitig wird die vorherge­ hende Wobbelung, welche während der anderen Einstellung durchgeführt wurde, mit der laufenden Wobbelung überlagert angezeigt.

Will der Operator während dieses Prozesses diesen Modus verlassen, so erfolgt ein Austritt aus diesem. Ist dies nicht der Fall, so wird im Programm überprüft, ob sich "Steuerungen" geändert haben. Ist dies der Fall, so werden zwei neue äquivalente Einstellungen entsprechend den neuen Einstellungen angesetzt. Sonst werden die beiden bereits angesetzten Einstellungen erneut genutzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei jedem Wobbel- Spektrumanalysator verwendet werden, dessen Frontseite so gesteuert werden kann, daß zwei Wobbelungen des gleichen Frequenzbereiches durch zwei unterschiedliche Sätze von Einstellungen für lokale Oszillatoren erzeugt werden können, wobei der Speicher des Oszillators an die gleichzeitige Speicherung von zwei Sätzen von Wobbeldaten angepaßt sein muß. Eine Farbanzeige unterstützt die Vorzüge des Verfahrens wesentlich, wobei weitere im folgenden noch zu erläuternde Möglichkeiten die Arbeitsweise des Verfahrens noch besser gestalten.

Obwohl nicht wesentlich, ist es wünschenswert die beiden Anzeigen, nämlich die gespeicherte und die derzeit erzeugte Anzeige genau übereinander auszurichten, um klarer bestimmen zu können, wo sie zusammenfallen und wo nicht. Da die Verstär­ kung und/oder Dämpfung der verschiedenen Teile der Frontseite des Analysators für die beiden Einstellungen gewöhn­ lich geringfügig unterschiedlich sind, ist es für eine optimale Anzeige zweckmäßig, einen Datenvergleichs-Algorith­ mus auszunutzen, um diese Verstärkungsdifferenz in den beiden Einstellungen zu erfassen und zu kompensieren, was entweder durch die Justierung der Verstärkung selbst oder durch Manipulation der resultierenden Daten mit dem Prozessor erfolgen kann.

Fig. 3 zeigt eine idealisierte Darstellung einer durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugten Spektrumanalysatoran­ zeige. Eine praktische Anzeige enthält, insbesondere längs einer Basislinie 102 eine größere Menge an Rauschen. Die Basislinie 102 und eine reale Spitze 104 dieser überlagerten Wobbelungen sind durch eine visuelle Anzeige repräsentiert, während Störspitzen 106, 110 und die Basislinien 108, 112 unter ihnen durch eine andere visuelle Anzeige repräsentiert sind.

Die Ausnutzung einer Farbe ist zwar nicht wesentlich. Zur klaren Darstellung der Bereiche, in denen die beiden Anzeigen sich überlappen, ist sie jedoch bevorzugt. Die zur Erzeugung der Farben verwendete Technologie und die Wahl der Farben ermöglicht die Kombination zweier unterschiedlicher Farben zur Erzeugung einer dritten Farbe. Bei Verwendung eines derartigen Systems sind die Überlappbereiche gelb, wenn eine der Wobbelungen rot und die andere grün angezeigt wird. Fig. 3 kann im folgenden Sinne als Darstellung derartiger Farben angesehen werden: Sind gestrichelte Linien rot und gepunktete Linien grün, so ist die ausgezogene Linie, wo diese sich überlappen, gelb. Der größte Teil der Basislinie 102 und die reale Spitze 104 erscheinen gelb, wo sich rot und grün überlappen. Die Störspitze 106 und die Basislinie 112 unter einer weiteren Störspitze sind rot, während die Störspitze 110 und die Basislinie 108 unter der ersten Störspitze grün sind.

Claims (3)

1. Verfahren zur Unterscheidung von auf einem Display angezeigten Meßantworten eines Frequenzwobbel-Spektrumanalysators von Störantworten, bei welchem zwei die Meßantworten definierende Meßeinstellungen angesetzt werden, die bei aufeinanderfolgenden Wobbeldurchläufen des Spektrumanalysators abwechselnd genutzt werden, und bei welchem die Ergebnisse jedes Wobbeldurchlaufs bei ihrer Erzeugung in Echtzeit gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Meßeinstellungen so angesetzt werden, daß bei Mischung von Eingangssignalen mit einer vorbestimmten Harmonischen eines Oszillators des Spektrumanalysators gleiche Meßantworten erzeugt werden,
daß die für jeden Wobbeldurchlauf gespeicherten Ergebnisse zusammen mit dem Ergebnis des jeweils vorangegangenen Wobbeldurchlaufs und diesem überlagert angezeigt werden und
daß die einer ersten der beiden Meßeinstellungen zugeordneten Ergebnisse jedes Wobbeldurchlaufs mit einer ersten Farbe und/oder ersten Intensität und die einer zweiten der beiden Meßeinstellungen zugeordneten Ergebnisse jedes Wobbeldurchlaufs mit einer zweiten Farbe und/oder zweiten Intensität angezeigt werden, derart, daß im Koinzidenzbereich der überlagerten Anzeigen eine dritte Farbe und/oder dritte Intensität erscheint.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den beiden Meßeinstellungen erzeugten Ergebnisse der Wobbeldurchläufe durch Verstärkungsregelung auf gleicher Amplitude gehalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse der Wobbeldurchläufe vor der Speicherung und der Anzeige digitalisiert werden.