DE3140073C2

DE3140073C2 - Spektralanalysator

Info

Publication number: DE3140073C2
Application number: DE3140073A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Higashimatsuyama Saitama Ashida
Original assignee: Takeda Riken Industries Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1981-10-08
Publication date: 1987-02-19
Also published as: GB2085601A; US4451782A; JPS5764171A; JPS6259784B2; DE3140073A1; GB2085601B

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Spektralanalysator ist ein Zwischenfrequenzoszillator vorgesehen, welcher auf einer mit der Frequenz eines Zwischenfrequenzsignals identischen Frequenz schwingt, wobei die Ausgangssignale des Zwischenfrequenzoszillators und eines Wobbeloszillators frequenzmäßig gemischt werden, um ein Meßsignal zu erzeugen, das einem Meßobjekt zugeführt wird. Das Zwischenfrequenzsignal und das Ausgangssignal des Zwischenfre quenzoszillators werden einem Phasendetektor zugeführt, um die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen zu erfassen. Ein der ermittelten Phasendifferenz entsprechendes Signal wird zusammen mit dem Ausgangssignal eines Detektors selektiv über einen Umschalter einer Anzeige zugeführt.

Description

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erzeugten Zwischenfrequenzsignale gleicher Frequenz gangssignal des Filters 127 auch unmittelbar verstärkt werden mit Hilfe von Zwischenfrequenzverstärkern 16 und dem Detektor 130 zugeführt werden,
und 17 verstärkt Die Phase des Ausgangssignals des Die Meßeinrichtung 112 hat einen Meßsignalausgang Zwischenfrequenzverstärkers 17 wird durch einen Pha- 113, dem ein in der Meßeinrichtung 112 erzeugtes Sensenkomparator 18 mit der des Ausgangssignals des Zwi- 5 de-Meßsignal zur Frequenzgangmessung zugeführt schenfrequenzverstärkers 16 verglichea Zur Erfassung wird. Hierzu ist ein fester Referenzsignal-Generator 118 des Phasengangs des Meßobjekts 12 wird die Phasenän- vorgesehen, welcher mit einer Frequenz schwingt, die derung kompensiert, welche in dem Kanal zwischen gleich der Frequenz des von dem Filter 128 selektierten dem Oszillator 11 und dem Frequenzumsetzer 13 in dem zweiten Zwischenfrequenzsignals ist Das Referenzsi-Referenzsignal hervorgerufen wird. Hierzu wird das 10 gnal des Generators 118 wird mit Hilfe eines Frequenz-Ausgangssignal des Zwischenfrequenzverstärkers 16 mischers 119 mit dem vom Überlagerungsoszillator 117 dem Phasenkomparator 18 über einen Phasenkompen- erzeugten weiteren Überlagerungssignal gemischt. Aus sator 19 zugeführt wobei der Betrag der Phasenver- dem Ausgangssignal des Frequenzmischers 119 wird mit Schiebung im Phasenkompensator 19 durch das Wob- Hilfe eines Filters 125 die gleiche Frequenz &iacgr; selektiert, bel-Steuersignal des Frequenzwobbeloszillators 11 ge- 15 wie im Filter 127. Das Ausgangssignal des Filters 125 steuert wird Eine derartige Meßeinrichtung erfordert wird einem Frequenzumsetzer 120 zugeführt wo es mit zwei separate Wobbeioszillatoren 11 und 15 mit jeweils dem von dem Wobbeloszillator 116 erzeugten Überlaeinem ziemlich breiten Wobbeibereich, welche entspre- gerungssignal der Frequenz f_w gemischt wird. Das chend teuer sind. Mischsignal am Ausgang des Frequenzumsetzers 120

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfin- 20 wird einem Filter 126 zugeführt, wo die Differenzfredungsgemäßen Meßeinrichtung 112 veranschaulicht quenz/«,—/; selektiert wird. Das Ausgangssignaides FiI-Sie besitzt einen Eingang 114, der zum Messen der Para- ters 126 wird als Sende-Meßsignal dem Meßsignal-Aus- ' meter (Amplitudengang, Phasengang) eines Netzwerks gang 113 zugeführt Damit ändert sich die Frequenz des (Meßobjekts) mit dem Ausgang eines Meßobjekts 111 Sende-Meßsignals synchron mit der Frequenzwobbe- ' verbunden ist Das Eingangssignal am Eingang wird ei- 25 lung des Wobbeioszillators 116.
nem F-equenzumsetzer 122 zugeführt, wo es mit einem Im Falle einer Messung des Phasengangs des Meßobvon einem Wobbeloszillator 116 erzeugten, frequenzge- jekts 111, beispielsweise einer Verstärkers, eines Filters, * wobbelten Überlagerungssignal gemischt wird. Aus einer Übertragungsleitung oder dergleichen, wird das dem Ausgangssignal des Frequenzumsetzers 122 bildet Sende-Meßsignal 115 am Ausgang 113 dem Eingang des ein Filter 127 ein erstes Zwischenfrequenzsignal einer 30 Meßobjekts 111 zugeführt dessen Ausgangssignal wie-Frequenz &Pgr; = /»—&Lgr;, wobei die Frequenz f, die Diffe- derum an den Eingang 114 gelegt wird. Das zu diesem * renz zwischen der Frequenz f_x des Eingangssignals und Zeitpunkt verfügbare zweite Zwischenfrequenzsignal der Frequenz f_w des Überlagerungssignals ist Die Fre- 124 wird dem einen Eingang eines Phasendetektors 136 quenz /j des ersten Zwischenfrequenzsignals kann zur zugeführt Das Ausgangssignal des Referenzsignal-Ge-Spiegelfrequenzunterdrückung höher gewählt werden 35 nerators 118 wird als Referenzsignal dem anderen Einais die Frequenz f&ldquor;. Hierzu kann die Kennlinie des FiI- gang des Phasendetektors 136 zugeführt und zwar über ters 127 so ausgelegt sein, daß die Summenfrequenz einen Phasenkompensator 138. Das Ausgangssignal des f_x + /&ldquor;durchgelassen wird. Phasendetektors 136 wird mittels eines Verstärkers 137

Das mit Hilfe des Frequenzumsetzers in seiner Fre- verstärkt und über einen festen Schaltkontakt 135 des

quenz umgesetzte Eingangssignal wird mit Hilfe eines 40 Umschalters 132 der V-Ablenkplatte der Anzeige 133

Frequenzmischers 123 nochmal mit einem von einem zugeführt

Überlagerungsoszillator 117 erzeugten weiteren Über- Das Sende-Meßsignal 115 erfährt bei seinem Durchlagerungssigna! gemischt und aus dem hieraus gebilde- tritt durch das Meßobjekt 111 eine Phasenverschiebung. ^! ten Signal wird mit Hilfe eines Filters 128 ein Signal Diese tritt in dem zweiten Zwischenfrequenzsignal auf, gewonnen, dessen Frequenz der Differenz zwischen den 45 und der Betrag der Phasenverschiebung des Meßob-Frequenzen der beiden gemischten Signale entspricht. jekts 111 wird mit Hilfe des Phasendetektors 136 ermit-Das mit Hilfe des Filters 128 gewonnene zweite Zwi- telt Da die Frequenz des Meßsignals gewobbelt ist, schenfrequenzsignal wird mit einem Zwischenfrequenz- wird auf der Anzeige 133 der Phasengang des Meßobverstärker 129 verstärkt dessen Ausgangssignal durch jekts 111 dargestellt

einen Detektor 130 demoduliert wird. Das demodulierte 50 Falls die Phasenverschiebung zwischen dem Eingang

Ausgangssignal wird in einem logarithmischen Verstär- des Meßobjekts 111 und dem Referenzsignaleingang

ker 131 verstärkt und über einen festen Schaltkontakt des Phasendetektors 136 von der Phasenverschiebung

134 eines Umschalters 132 einer Y-Ablenkplatte einer zwischen dem Ausgang des Meßobjekts 111 und dem

Kathodenstrahlröhre 133 zugeführt, deren Leucht- anderen Eingang des Phasendetektors 136 abweicht

schirm eine Anzeigevorrichtung darstellt 55 wird das Referenzsignal mit Hilfe des Phasenkompensa-

Dem Wobbeloszillator 116 wird zum Wobbein seiner tors 138 phasenkompensiert Die Abweichung der Pha-

Oszillationsfrequenz von einem Sägezahngenerator 121 senverschiebung vergrößert sich generell mit steigen- t,

als Wobbel-Steuersignal ein Sägezahnsignal zugeführt der Frequenz. Durch Anlegen des von dem Sägezahnge- _?;

Das Steuersignal wird außerdem einer X-Ablenkplatte nerator 121 erzeugten Wobbel-Steuersignals über einen t'

der Anzeige 133 zugeführt Auf diese Weise wird der 60 veränderlichen Widerstand 139 an den Phasenkompen- " ^

Elektronenstrahl der Anzeige 133 auf einen Koordina- sator 138 unter gleichzeitigem Kurzschließen des Ein-

tenpunkt gelenkt dessen Abszissenwert der Eingangssi- gangs und Ausgangs des Meßobjekts 111 oder der

gnalfrequenz und dessen Ordinatenwert dem Eingangs- Klemmen 113 und 114 läßt sich der veränderliche Wi-

signalpegel entspricht derstand 139 so justieren, daß der auf der Anzeigefläche

Die Frequenzumsetzung in dem Zwischenfrequenz- 65 der Anzeige 133 erscheinende Phasengang eine hori-

Signalkanal zwischen dem Frequenzumsetzer 122 und zontale Linie darstellt wodurch automatisch eine Pha-

dem Detektor 130 kann auch mit Hilfe einer Vielzahl senkompensation entsprechend der Frequenz des Sen-

von Stufen durchgeführt werden. Femer kann das Aus- de-Meßsignals am Ausgang 113 erzielt wird.

Falls der Betrag der im Meßobjekt 111 hervorgerufenen Phasenverschiebung im Verhältnis zum Wobbeihub klein ist, läßt sich die Abweichung von der Referenzsignalphase nicht mit hinreichend großer Genauigkeit anzeigen. Durch Vergrößerung der Verstärkung des Verstärkers 137 kann der Betrag der Phasenverschiebung bis zu einem bestimmten Grad mit höherer Auflösung angezeigt werden. Bei weiterer Vergrößerung der Verstärkung des Verstärkers 137 verschlechtert sich jedoch der Rauschabstand, wodurch die Auflösungsverbesserung begrenzt wird. Eine sehr kleine Phasenverschiebung läßt sich jedoch durch Dehnung mit Hilfe eines frequenzvervielfachende Bauteile aufweisenden Phasenexpanders sowie durch Phasenvergleich mit dem Referenzsignal unter Verwendung eines Phasenkomparators mit hoher Genauigkeit messen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer mit einem Phasenexpander ausgestatteten, erfindungsgemäßen Meßeinrichtung. Sie enthält ein Multiplizierglied 211 zum Vervielfachen der Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzsignals 124 um das &eegr;-Fache (wobei &eegr; eine natürliche Zahl ist), ein Multiplizierglied 212 zum Vervielfachen der Frequenz des Ausgangssignals des Referenzsignalgenerators 118 um das n-Fache, Frequenzmischer 213 und 214 zur Rückführung der Signale in die ursprünglichen Zwischenfrequenzsignale, und schließlich einen zweiten Überlagerungsoszillator 215. Die Multiplizierglieder 211 und 212, die Frequenzumsetzer 213 und 214 sowie der zweite Überlagerungsoszillator 215 bilden einen Phasenexpander 216. Zum wahlweisen Ein- und Ausschalten des Phasenexpanders 216 sind Schalter 217, 218 und 219 vorgesehen, mit welchen entschieden werden kann, ob die Phasendifferenz gedehnt wird oder nicht, je nachdem, ob die Schalter 217, 218 und 219 auf ihren Schaltkontakt 220 oder ihren Schaltkpntakt 221 geschaltet werden.

Infolge der Vervielfachung der Frequenz des Zwischenfrequenzsignals 124 um das &eegr;-Fache wird die Phasendifferenz zwischen diesem Signal und dem Ausgangssignal, welches aus der Vervielfachung der Frequenz des vom Referenzsignaloszillator 118 gelieferten Referenzsignals um das n-Fache resultiert, gleich dem n-Fachen der Phasendifferenz zwischen dem Zwischenfrequenzsignai 124 und dem Referenzsignal. Ferner wird das Ausgangssignal des Phasenkomparators 136 bei Anlegen an den Phasenexpander 216 gegenüber demjenigen Ausgangssignal, welches man ohne Anlegen an den Phasenexpander 216 erhält, um das n-Fache gedehnt Auf diese Weise kann die Auflösung an der Anzeige-Vorrichtung 133 um den Faktor &pgr; vergrößert werden.

In Fig. 3 sind zur Gewinnung der Signale mit der um das n-Fache vervielfachten Frequenz aus den Ausgangssignalen der Multiplizierglieder 211 und 212 Filter 222 bzw. 224 vorgesehen, während zur Gewinnung der Signalkomponenten mit der Differenzfrequenz zwischen den &eegr;-fachen Frequenzen und der weiteren Überlagerungsfrequenz des zweiten Überlagerungsoszillators 215 aus den Ausgangssignalen der Frequenzmischer 213 und 214 Filter 223 und 225 vorgesehen sind.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung veranschaulicht, bei der der Phasenexpander 216 ohne zweiten Überlagerungsoszillator 215 gebildet ist Letzterer ist durch ein Multiplizierglied 411 ersetzt, welches die Frequenz des Ausgangssignals des Raferenzsignalgenerators 118 um das (n— \yFache vervielfacht Die vervielfachte Frequenz wird durch ein Filter 142 ausgesiebt und das ausgesiebte Signal mit der vervielfachten Frequenz dem Frequenzumsetzer 213 zugeführt, aus dessen Ausgangssignal mit Hilfe des Filters 223 ein Signal mit der Differenzfrequenz zwischen dem um das &eegr;-vervielfachten Signal und dem um das (n—1)-vervielfach ten Signal ausgesiebt wird. Das Filter 223 liefert damit an seinem Ausgang ein Signal mit der gleichen Frequenz wie das Zwischenfrequenzsignal 124, d. h., ein Signal mit der gleichen Frequenz wie das Referenzsignal des Referenzsignaloszillators 118. Bezeichnet man die Frequenz und die Phase des Zwischenfrequenzsignals 124 mit /1 bzw. &THgr;\ und die Frequenz und Phase des Referenzsignals mit U bzw. Q₂, so ergibt sich das Zwischenfrequenzsignal 124 zu sm(f\t + 6>i), das Ausgangssignal des Referenzsignalgenerators 118 zu sin(7ii + &THgr;2), die Ausgangssignale der Filter 222 und 412 durch s\n(nf_t t + nöi) beziehungsweise sin<(n — l)f\t + (n — 1)02>, sowie das Ausgangssignal des Filters 223 zu sin<?if + &eegr;&THgr;\ — n€h + &THgr;₂>. Wenn dementsprechend der Betrag der von dem Phasenkompensator 138 durchgeführten Kompensation null ist ist das Ausgangssignal des Phasendetektors 136 proportional dem Ausdruck &eegr;(&THgr;\ — O₂), so daß die Phasenverschiebung des Meßobjektes 111 mit der /i-fachen Auflösung angezeigt werden kann. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist es ferner möglich, das Ausgangssignal des Phasenkompensators 138 als Eingangssignal an das Multiplizierglied 411 anzulegen, ohne das Ausgangssignal des Generators 118 direkt dem Multiplizierglied 411 zuzuführen, wie mit gestrichelter Linie angedeutet ist In diesem Falle wird das Ausgangssignal des Generators 118 unmittelbar dem Phasendetektor 136 zugeführt Diese alternative Ausbildung beruht darauf, daß die Phase des Ausgangssignals des Phasenkompensators 138 ebenfalls um das (n — I)-Fache gedehnt wird, so daß der Bereich der Phasenänderung des Phasenkompensators 138 nicht groß zu sein braucht, was die Schaltungsauslegung erleichtert.

In Fig. 5 ist der Aufbau des Phasenkompensators 138 veranschaulicht bei dem das Referenzsignal des Generators 118 mit Hilfe eines Frequenzteilers 511 auf das 1/N-Fache der Zwischenfrequenz herunterteilt wird. Das frequenzgeteilte Ausgangssignal wird einem veränderlichen Phasenschieber 512 zugeführt, welcher beispielsweise in Form eines monostabilen Multivibrators ausgebildet ist Der Phasenschieber 512 ist so ausgebildet daß die Impulsbreite seines Ausgangsimpulses in Abhängigkeit von einer an einen Steuereingang 513 angelegten Steuerspannung variiert Die Vorderflanke des Ausgangsimpulses triggert einen weiteren monostabilen Multivibrator 514, welcher Impulse festgelegter Impulsbreite erzeugt. Die Ausgangs'inpulse des monostabilen Multivibrators 514 werden durch ein Multiplizierglied 515 um das N-Fache frequenzvervielfacht, um ein Signal mit der ursprünglichen Frequenz zu erhalten. Mit Hilfe dieser N-fachen Frequenzvervielfachung durch Verwendung des Multipliziergliedes 515 kann der Betrag der durch den variablen Phasenschieber 512 hervorgerufenen Phasenverschiebung auf das N-Fache vergrößert werden. Selbst wenn daher der Betrag der durch den variablen Phasenschieber 512 vorgenommenen Phasenverschiebung gering ist kann letztlich eine große Verschiebung erzielt werden. Durch Anlegen des Wobbel-Steuersignals über den veränderlichen Widerstand 139 an den Steuereingang 513 läßt sich der Betrag der Phasenverschiebung mit der Änderung der Wobbelfrequenz des dem Meßobjekt 11 zugeführten Signals variieren. Durch Änderung des Widerstandswertes des Widerstandes 139 kann der Betrag der Phasenverschie-

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bung justiert werden. Durch Verwendung eines derarti- 612 einem variablen Spannungsteiler 613 zugeführt, wo gen Phasenkompensators 138 läßt sich der Bereich der es auf eine geeignete Amplitude eingestellt wird, um Phasenänderungen mit Hilfe einer verhältnismäßig ein- anschließend einem Addierglied 614 zugeführt zu werfachen Anordnung vergrößern. Bei dem Phasenkom- den. Dem Addierglied 614 wird von einer variablen pensator 138 nach Fig. 5 ist es infolge der Verwendung 5 Spannungsquelle 615 eine geeignete Konstantspannung eines monostabilen Multivibrators als variablen Phasen- zugeführt, so daß auf das Steuersignal eine Gleichspanschieber 512 und der Steuerung seiner Versorgungs- nung zuaddiert wird. Die Summenspannung wird in ihspannung zur Änderung des Betrags der Phasenver- rer Polarität durch ein Invertierglied 616 invertiert und Schiebung verhältnismäßig schwierig, die Steuersignal- anschließend der Klemme 605 zugeführt. Hierdurch erPhasen-Kennlinie für die Phasenverschiebung linear zu to hält man an der Klemme 611 einen Ausgangsimpuls, machen. dessen Verzögerung oder Phasenverschiebung betrags-

Um lineare Änderungen der Phasenverschiebung in mäßig entsprechend der Wobbeifrequenz variiert. Das Abhängigkeit von der Steuerspannung zu erzielen, kann Ausgangssignal der variablen Spannungsquelle 615 wird beispielsweise die in Fig. 6 dargestellte Schaltung vor- zur Kompensierung einer frequenzunabhängigen, begesehen werden. Sie enthält einen Integrator 603 aus 15 stimmten, durch andere Bauelemente als das Meßobjekt einem Operationsverstärker 600, einem Integrierkon- 111 hervorgerufenen Phasenverschiebung oder zur Bedensator 601 und einem Integrierwiderstand 602. Der aufschlagung des Ausgangs des Phasendetektors 136 Integrator 603 integriert die festgelegte Spannung einer bei fehlender Phasenverschiebung im Meßobjekt 111 Spannungsquelle 617 bei jedem Auftreten eines Impul- verwendet, um eine leicht ablesbare Anzeige zu schafses an einer Klemme 604. Jedesmal, wenn das integrierte 20 fen.

Ausgangssignal eine an einer Klemme 605 anstehende Der Phasendetektor 136 kann auch bei bekannten

Spannung erreicht, wird der Integrator 603 zurückge- Meßeinrichtungen (US-PS 39 86 113) Anwendung fin-

setzt. Der Impuls an der Klemme 604 ist ein in seiner den.

Phase zu verschiebendes Signal, d. h, das Ausgangssi- Falls der Betrag der Phasenverschiebung im Meßob-

gnal des Frequenzteilers 511 in Flg. 5, welches dem 25 jekt 111 groß ist, wird ein auf der Anzeige 133 wiederge-

Takteingang eines /^-Flip-Flops 606 zugeführt wird. gebenes Sägezahnsignal bei jedem Anstieg des Betra-

Der /i-Eingang des Flip-Flops 606 ist geerdet, während ges der Phasenverschiebung um 360° um einen Säge-

an den /-Eingang des Flip-Flops 606 eine konstante zahn inkrementiert (Flg. 8), so daß der Betrag der wie-

Spannung angelegt ist Der Klemme 604 wird ein in dergegebenen Phasendrehung nur schwer abgelesen

Fig. 7A veranschaulichter Impuls zugeführt, wobei jede 30 und interpretiert werden kann. Diese Schwierigkeit läßt

Rückflanke des Impulses nach Flg. 7A einen High-Zu- sich durch Verwendung eines Phasenkompressors, der

stand am Q-Ausgang des Flip-Flops 606 hervorruft, wie die Phasendifferenz vor deren Zuführung zu dem Pha-

anhand von Flg. 7 B veranschaulicht ist sendetektor komprimiert, vermeiden.

Das Signal am (^-Ausgang des Flip-Flops 606 wird Bei der Schaltung nach Flg. 9 sind die Schalter 217, einer Schaltersteuerschaltung 607 zugeführt welche ei- 35 218 und 219 mit weiteren Schaltkontakten 901 versehen, nen parallel zu dem Integrierkondensator 601 angeord- wobei die Schaltkontakte 901 der Schalter 217 und 219 neten Schalter 608 schließt, sobald das Signal am Q- mit den Eingängen von 1/M-Frequenzteilern 903 bzw. Ausgang des Flip-Flops 606 den High-Zustand annimmt 904 eines Phasenkompressors 902 verbunden sind. Die Hierdurch startet der Integrator 603 die Integration, Frequenzteiler 903 und 904 werden beispielsweise von wobei sein Ausgangssignal linear ansteigt wie in Fig. 7C 40 der Vorderflanke des Wobbel-Steuersignals jeweils zuveranschaulicht ist. Das integrierte Ausgangssignal des rückgesetzt Die Ausgangssignale der Frequenzteiler Integrators 603 und eine an der Klemme 605 anliegende 903 und 904 werden dem Schaltkontakt 901 des Schal-Spannung Kl werden mittels eines Komparators 609 ters 218 bzw. dem Phasenkompensator 138 zugeführt verglichen, wobei im Falle einer Koinzidenz das Aus- Wenn daher die Schalter 217, 218 und 219 jeweils auf gangssignal des Komparators 609 in den Low-Zustand 45 den Schaltkontakt 901 umgeschaltet sind, wird das von übergeht wie anhand von Flg. 7D veranschaulicht ist dem Zwischenfrequenzverstärker 129 gelieferte Zwi-Das invertierte Ausgangssignal des Komparators 609 schenfrequenzsignal durch den ersten Frequenzteiler wird dem CL-Eingang des Flip-Flops 606 zugeführt um 903 auf das 1/M-Fache der Zwischenfrequenz geteilt, dessen Inhalt zu löschen. Hierdurch geht das Signal am während das von dem Referenzsignalgenerator 118 ge-(?-Ausgang des Flip-Flops 606 in den Low-Zustand über 50 lieferte Referenzsignal durch den zweiten Frequenztei-(FIg. 7B), während der Schalter 608 durch das Aus- ler 904 auf die MM -fache Frequenz geteilt wird. Die gangssignal der Sehaltersteuerschaltung 607 geöffnet Phasendifferenz zwischen diesen frequenzgeteilten wird, um den Integrator 603 zurückzusetzen. Der be- Ausgangssignalen entspricht dem &Igr;/&Lgr;&iacgr;-Fachen der Phaschriebene Vorgang wiederholt sich bei jeder Rückflan- sendifferenz zwischen diesen Signalen vor ihrer Freke des Impulses an der Klemme 604. Die Rückflanke des 55 quenzteilung. Diese Phasendifferenz wird mittels des Signals am Q -Ausgang des Flip-Flops 606 steuert einen Phasendetektors 136 erfaßt Im Falle der Frequenzteimonostabilen Multivibrator 610, wodurch am Ausgang lung der Signale durch die Frequenzteiler 903 und 904 611 des monostabilen Multivibrators 610 ein Impuls er- auf das 0,1-Fache wird auf der Anzeigevorrichtung 133 zeugt wird, der um das Zeitintervall Td bezüglich des die Phasendifferenz als Sägezahnsignal mit einer PeriImpulses an der Klemme 604 verzögert ist (Flg. 7E). 60 odendauer von 3600° (Flg. 10) wiedergegeben, wodurch Bezeichnet man die Periodendauer des Impulses an der sich die Anzeige wesentlich leichter ablesen läßt als im Klemme 604 mit T, so ist der Impuls an der Klemme 611 Falle einer Anzeige nach Flg. 8.
gegenüber dem Impuls an der Klemme 604 um eine Bei Verwendung des Phasenkompensators 138 nach Phasendifferenz von 360° - rd/Tverschoben. Flg. 5 wird der Frequenzteiler 511 als Frequenzteiler

Durch Regelung der Spannung an der Klemme 605 65 904 mitverwendet während bei der Durchführung einer

läßt sich die Verzögerungsdauer Td linear bezüglich der Phasenkompression das Multiplizierglied 515 durch ei-

Steuerspannung variieren. Das Steuersignal des Säge- nen Nebenschluß umgangen wird,

zahngenerators 121 in Flg. 3 wird über eine Klemme Bei einer Phasenkompression wird als zweiter Fre-

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quenzteiler 904 ein vorwählbarer Frequenzteiler verr wendet, um einen Vorgabewert eines Registers 905 dem ¹ _s zweiten Frequenzteiler 904 bei jedem Auftreten des /' Wobbel-Steuersignals vorzugeben, wodurch es möglich * ist, eine feste Phasendifferenz zwischen den Ausgangssi-, ? gnalen der Frequenzteiler 903 und 904 zu erzielen, um &mgr; damit eine durch andere Schaltungselemente als das Meßobjekt 111 hervorgerufene, feste Phasenverschie-I _i bung zu kompensieren oder um das auf der Anzeige 133 < wiedergegebene Signal um einen konstanten Betrag zu

verschieben. Bei der Schaltung nach Fig. 9 braucht nicht &igr; notwendigerweise der in Fig. 3 dargestellte Phasenex-

₍ pander 216 verwendet zu werden, sondern es kann auch

der in Fig. 4 dargestellte Phasenexpander vorgesehen ,"" werden.

j Der Betrag der Kompensation durch den Phasen-

i- kompensator 138 läßt sich beispielsweise durch Justieren des Widerstandswertes des Widerstandes 139 je nach Beschallung der Schalter 217 bis 219 ändern. Falls If₁ der Phasenkompensator 138 zwischen dem Generator [ 118 und dem Schalter 219 angeordnet ist, braucht der

Kompensationsbetrag nicht geändert zu werden. Das , gleiche gili für die Schaltungen nach Rg. 3 und 4.

, Anstelle der bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen vorgesehenen Einfügung des Phasen- kompensators 138 in den Referenzsignalkanal, d. h. in den Kanal zwischen dem Ausgang des Referenzsignalgenerators 118 und dem Phasendetektor 136, läßt sich der Phasenkompensator 138 alternativ auch in den Kanal einsetzen, über welchen das Zwischenfrequenzsignal ,-'- 124 dem Phasendetektor 136 zugeführt wird. Ferner

j kann das für den Phasenvergleich in der vorstehend

'.. erläuterten Weise verwendete Zwischenfrequenzsignal

'■ 124 an einer beliebigen Stelle des Zwischenfrequenzka-

nals zwischen dem Filter 127 und dem Detektor 130 abgeleitet werden. Der Referenzsignalgenerator 118 braucht nicht notwendigerweise auf der gleichen Frequenz wie das zu erzeugende Zwischenfrequenzsignal zu schwingen. Es ist vielmehr auch eine Schaltungsausbildung möglich, bei welcher ein Oszillator mit einer auf I der Frequenz des Ausgangssignals des Filters 127 oszillierenden Frequenz beispielsweise an der Stelle des Filters 125 gemäß Fig. 3 vorgesehen ist, wobei das Ausgangssignai dieses Oszillators mit Hilfe des Frequenzmischers 119 und des Filters in die gewünschte Frequenz des zu erzeugenden Zwischenfrequenzsignals 124 umgesetzt und die umgesetzte Frequenz dem Schalter 219 zugeführt wird.

Ferner kann anstelle einer Kathodenstrahlröhre als Anzeige-Vorrichtung 133 auch eine Anzeige verwendet &igr; werden, welche auf der Anzeigefläche an einer durch

&Ggr; ein Eingangssignal in seitlicher Richtung und ein anders; rcs Eingangssignal in vertikaler Richtung festgelegten

H Position einen hellen Lichtfleck erzeugt

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Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche

1. Netzwerk-Parameter-Meßeinrichtung, mit folgenden Merkmalen:

— ein WobbelosziUator (116) erzeugt unter Steuerung eines Wcbbel-Steuersignals ein frequenzgewobbeltes Überlagerungssignal,

—ein erster Frequenzumsetzer (120) erzeugt aus dem Oberlagerungssignal und einem von einem Referenzsignalgenerator (118) erzeugten Referenzsignal ein frequenzgewobbeltes Sende-Meßsignal (115), das einem Meßobjekt (111) zugeführt wird,

— das Ausgangssigna] des Meßobjekts (Ul) und das Oberlagerungssignal werden auf einen zweiten Frequenzumsetzer (122) gegeben, der ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) (124) erzeugt, daß die gleiche Frequenz hat wie das Referenzsignal,

— ein Phasendetektor (136) erfaßt die Phasendifferenz zwischen dem ZF-Signal und dem Referenzsignal,

— ein Demodulator (130,131) demoduliert das ZF-Signal,

— dem Phasendetektor (136) und dem Demodulator (130, 131) ist über einen Umschalter (132,134, 135) eine Anzeigevorrichtung (133) nachgeschaltet, die von dem Wobbel-Steuersignal gesteuert wird, und

— der Referenzsignalgenerator (118) ist auf eine feste Frequenz abgestimmt,

dadurch gekennzeichnet, daß dem auf feste Frequenz abgestimmten Referenzsignalgenerator (118) ein Phasenkompensator (138) nachgeschaltet ist, der die Phase des Referenzsignals korrigiert, während sich die Frequenz des Sende-Meßsignals ändert, und daß dem Phasendetektor (136) eingangsseitig ein Phasenexpander (216), welcher mittels frequenzmultiplizierender Bauteile, und/oder ein Phasenkompressor (902), welcher mittels frequenzteilender Bauteile die Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen des Phasendetektors gegenüber der Phasendifferenz zwischen dem Zwischenfrequenzsignal und dem Referenzsignal vergrößert bzw. verkleinert, vorgeschaltet ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenexpander (216) folgende Merkmale aufweist:

— ein erstes Multiplizierglied (211) zum Vervielfachen der Frequenz des Zwischenfrequenzsignals um das n-Fache,

— ein zweites Multiplizierglied (212) zum Vervielfachen der Frequenz des Referenzsignals um das n- Fache,

— einen Überlagerungs-Oszillator (215), der mit einer solchen Frequenz schwingt, daß deren Dinci ciii uciügilCii uci Fi cCjücnZ dcS AUS-gangssignals des zweiten Multiplizierglieds (212) gleich der Frequenz des daran anliegenden Eingangssignals ist, und

— einen dritten und einen vierten, zur Frequenzmischung des Ausgangssignals des Überlagerungs-Oszillators (215) mit dem Ausgangssignal des ersten bzw. des zweiten Multiplizierglieds vorgesehenen Frequenzumsetzer (213, 214), die Signale mit der gleichen Frequenz wie die Eingangssignale des ersten bzw. des zweiten Multiplizierglieds erzeugen und diese Signale den Ausgängen des Phasenexpanders (216) zuführen.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenexpander (216) folgende Merkmale aufweist:

— ein erstes Multiplizierglied (211) zum Vervielfachen der Frequenz des Zwischenfrequenzsignals um das /!-Fache,

— ein zweites Multiplizierglied (411) zum Vervielfachen der Frequenz des Referenzsignals um das (n— 1)-Fache, und

— einen dritten, zur Frequenzmischung der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Multipliziergliedes vorgesehenen Frequenzumsetzer (213) zum Erzeugen einer Differenzfrequenz und zum Anlegen des Signals mit dieser Differenzfrequenz an den Phasendetektor (136).

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (217,218) zum wahlweisen Verbinden oder Trennen des Phasenexpanders (216) mit bzw. von dem Phasendetektor.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenkompressor folgende Merkmale ausweist:

— einen ersten Frequenzteiler (903) zum Herunterteilen der Frequenz des Zwischenfrequenzsignals bis zum MM -Fachen zur Erzeugung eines ersten Ausgangssignals des Phasenkompressors, und

— einen zweiten Frequenzteiler (904) zum Herunterteilen der Frequenz des Referenzsignals bis zum 1/M-Fachen zur Erzeugung eines zweiten Ausgangssignals des Phasenkompressors,

wobei der erste und der zweite Frequenzteiler durch das Wobbel-Steuersignal periodisch rückgesetzt werden.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Frequenzteiler bei jedem Rücksetzen einen Vorgabewert auf einen bestimmten Wert teilt, und daß eine Einrichtung (905) zum Setzen des einen Frequenzteilers (904) auf den Vorgabewert vorgesehen ist.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (217,219, 218) zum wahlweisen Verbinden oder Trennen des Phasenkompressors oder des Phasenexpanders mit bzw. von dem Phasendetektor.

8. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

f, uäuüfCn gcKciluZciCuiici, uau uci' niäScriiCuffipensator folgende Merkmale aufweist:

— einen Frequenzteiler (511) zum Herunterteilen der Frequenz des Eingangssignals bis zum l/TV-Fachen,

— einen an den Ausgang des Frequenzteilers (511) angeschlossenen variablen Phasenschieber (512) zum Verschieben der Phase des zu-

&Idigr;&EEgr; ^{3 4}

Il geführten Ausgangssignals in Abhängigkeit Merkmale gelöst Die erfindungsgemäße Meßeinrich-

-|| von dem Wobbel-Steuersignal, und tung weist also einen Phasenexpander und/oder einen

|S — ein das Ausgangssignal des variablen Pha- Phasenkompressor auf. In Verbindung mit dem Phasen-

^ senschiebers (512) empfangendes Multiplizier- kompensator sind diese Teile der Meßeinrichtung ge-

i glied (515) zum Vervielfachen der Frequenz 5 eignet, die Meßgenauigkeit bei Phasengang-Messungen

fe des ihm zugeführten Signals um das N-Fache. zu verbessern. Bei sehr kleinen Phasendifferenzen kann

i,i durch Zwischenschaltung des Phasenexpanders auf der

9. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge- Anzeigevorrichtung ein Auseinanderziehen, & h. ein

kennzeichnet, daß der variable Phasenschieber fol- Strecken des Meßwerts, erzielt werden. Hierdurch be-

&iacgr;&iacgr;; gende Merkmale ausweist: io steht auch die Möglichkeit, sehr kleine Meßwerte deut-

'£ lieh darzustellen.

U» _ einen Integrator (603) zum linearen Inte- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in U grieren einer konstanten Spannung, den Unteransprüchen angegeben.
«1 _ eine Einrichtung (608) zum Starten der Inte- Wenn beispielsweise bei der Ausmessung des Phasen-Il gration des Integrators bei jedem Auftreten is gangs eines Meßobjekts die durch das Meßobjekt ver- |J eines Eingangsimpulses, ursachte Phasenverschiebung nur sehr gering ist, läßt fei — einen Komparator (609) zum Vergleichen sich durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Phasenil des intergrierten AusgangssignüJs mit dem expander die Meßgenauigkeit vergrößern. Die Auflö- &psgr;. Wobbel-Steuersignal, sung der Anzeige wird erhöht 1st andererseits das Aus-Il — eine Einrichtung (606) zum Rücksetzen des 20 maß der Phasenverschiebung in dem Meßobjekt sehr \% Integrators (603) durch das abgetastete Aus- groß, so ermöglicht der erfindungsgemäße Phasenkom-H gangssignal des Komparators (609) bei Fest- pressor ein Komprimieren, was zu einer verbesserten || stellung einer Koinzidenz zwischen den beiden Anzeige führt

ji> Eingangssignalen des Komparators (609), und Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin-

|| — eine Einrichtung (610) zum Erzeugen eines 25 dung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

t;| Ausgangsimpulses, dessen Phase — bezogen Flg. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Netz-

% auf den Rücksetzzeitpunkt des Integrators — werk-Parameter-Meßeinrichtung,

1® in Abhängigkeit von dem Wobbel-Steuersi- Flg. 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungs-

K gnal gegenüber den Eingangsimpulsen verzö- form der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,

;&iacgr; gertwird. 30 Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausfüh-

$ rungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit

K

10. Meßeinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeich- einem Phasenexpander,

, ^;i net durch eine Einrichtung (614) zum Überlagern Fig. 4 ein Blockschaltbild eines gegenüber der Aus-

& des Wobbel-Steuersignals mit einem Gleichspan- führungsform nach Fig. 3 abgewandelten Phasenexpan-

B. nungssignal. 35 ders,

;S Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eilt Beschreibung nes in der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung vorgese-&Idigr;;-? henen Phasenkompensators,

&Igr;&idigr; Die Erfindung betrifft eine Netzwerk-Parameter- Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild einer speziellen Aus-

:? Meßeinrichtunggemäßoberbegriff des Anspruchs 1. 40 führungsform eines für die erfindungsgemäße Meßein-

f Mit einer solchen Meßeinrichtung lassen sich wahl- richtung vorgesehenen, variablen Phasenschiebers,

!<;. weise Amplitudengang und Phasengang eines Netz- Fig. 7A bis 7F Impulsdiagramme von elektrischen

'i; werks messen. Eine bekannte Meßeinrichtung der im Signalen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung

Fi Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist in der des variablen Phasenschiebers nach Fig. 6 auftreten,

j»^? GB-PS 15 96 437 offenbart Diese Meßeinrichtung dient 45 Fig. 8 ein Beispiel eines mit Hilfe der erfindungsge-

W speziell zum Messen der Gruppenlaufzeitverzögerung mäßen Meßeinrichtung auf einer Anzeigefläche darge-

|| in einem Meßobjekt. Bei dieser bekannten Einrichtung stellten Phasengangs,

|1 werden dem Phasendetektor die zur Messung beispiels- Fig. 9 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausfüh-

p weise des Phasengangs dienenden Signale in jeder Be- rungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit

Ü triebsweise direkt, d.h. unverarbeitet, zugeführt. Es 50 einem Phasenkompressor, und

kann nun aber vorkommen, daß die Phasendifferenz Flg. 10 ein Beispiel eines mit Hilfe der erfindungsge-

zwischen den beiden verglichenen Signalen so klein ist, mäßen Meßeinrichtung unter Verwendung eines Pha-

daß sie nur ungenau feststellbar ist, bzw. daß die Anzei- senkompressors auf einer Anzeigefläche dargestellten

ge der Phasendifferenz kaum wahrnehmbar ist. Auf der Phasengangs.

anderen Seite kann es vorkommen, daß — je nach Aus- 55 Es soll zunächst anhand von Fig. 1 eine bekannte

gestaltung der Anzeigevorrichtung — die gemessenen Meßeinrichtung zur Messung des Phasengangs eines

Phasendifferenzen so groß sind, daß sie den überschau- Meßobjekts erläutert werden. Die in Fig. 1 dargestellte

baren Anzeigebereich überschreiten. Meßeinrichtung ist in der US-PS 39 86113 beschrieben.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu- Das frequenzgewobbelte Sende-Meßsignal eines Wob-

p gründe, eine Meßeinrichtung der im Oberbegriff des 60 beiosziiiators ii wird einem Meßobjeki &Idigr;2, beispieis-

; Anspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, weise einem Verstärker, Filter oder dergleichen zuge-

: daß auf der Anzeigevorrichtung auch dann eine genaue führt und gleichzeitig zu einem Frequenzumsetzer 13

; und gut ablesbare Anzeige geliefert wird, wenn die Pha- übertragen. Das Ausgangssignal des Meßobjekts wird

^; sendifferenzen extreme Werte annehmen, insbesondere einem Frequenzumsetzer 14 zugeführt. Die Frequenz-

i einen sehr kleinen Wert haben. 65 umsetzer 13 und 14 empfangen jeweils das Ausgangssi-

; Diese Aufgabe wird bei einer Netzwerk-Parameter- gnal eines Überlagerungs-Oszillators 15, dessen Fre-

Mcßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff durch die im quenz synchron mit dem Wobbeloszillator 11 gewob-

r Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen belt wird. Die von den Frequenzumsetzern 13 und 14