WO2006015677A1 - Verfahren zum messen des phasenrauschens eines hochfrequenzsignals und messgerät zum ausführen dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zum messen des phasenrauschens eines hochfrequenzsignals und messgerät zum ausführen dieses verfahrens Download PDF

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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/26—Measuring noise figure; Measuring signal-to-noise ratio

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the phase noise of a high-frequency signal by means of a spectrum analyzer and a measuring device for carrying out this method.
  • a measuring station which consists of several relatively expensive and difficult-to-use individual devices, usually a signal generator, a spectrum analyzer for low-frequency Fast Fourier Transformation (FFT), a control computer and an additional mixer.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the high-frequency signal to be measured is mixed with a comparison signal of the same frequency generated in the signal generator.
  • the mixer thus provides an output signal which is the difference frequency between the high-frequency signal to be measured and the comparison signal and thus represents a measure of the phase noise.
  • the evaluation of this difference frequency signal takes place after amplification in a low-noise amplifier with the aid of the FFT spectrum analyzer.
  • any existing AM modulation of the signal is suppressed, since the two in-phase sidebands cancel out.
  • FM frequency modulation
  • Such a known measuring station for measuring phase noise thus distinguishes between AM and FM noise and also allows the measurement of good oscillators.
  • it requires a very good low-noise signal generator in the corresponding frequency range.
  • an RF spectrum analyzer is still required to to determine the measurement signal in frequency, and an oscilloscope to check the synchronization.
  • Such a known measuring station is therefore relatively expensive, expensive and difficult to use.
  • phase noise can in principle also be measured with a spectrum analyzer.
  • the classical spectrum analyzer can not distinguish between AM and FM modulation.
  • the FM component should be measured.
  • the AM and FM modulation can be measured separately.
  • the dynamic range of the A / D converters used is not sufficient to measure good low-noise oscillators.
  • a conventional spectrum analyzer can be expanded with today's digital evaluation to a high-quality phase noise analyzer, all in a single device Combined measuring functions of a phase noise measuring station and a spectrum analyzer and it allows the simplest operation without additional signal generator to measure even good low-noise oscillators with respect to phase noise.
  • the measuring method according to the invention has a high dynamic range with respect to background noise and also provides good values for the near-phase phase noise.
  • the output frequency of the tunable first oscillator of the spectrum analyzer which lies in spectrum analyzer operation above the input frequency range, in the
  • Frequency multiplication M and frequency division N are preferably chosen and matched to each other so that their circuitry implementation is the simplest and still the desired measurement quality is achieved.
  • Frequency multiplier and frequency divider are adjustable in particular in their factors M and N, most expedient to integer multiples.
  • each spectrum analyzer according to the invention can be supplemented to the phase noise analyzer, even those with analog FFT evaluation. Particularly suitable for this, however, are modern spectrum analyzers with digital evaluation in the last intermediate frequency.
  • FIG. 1 shows the block diagram of a spectrum analyzer which can be used according to the invention.
  • the individual components of the spectrum analyzer are designated in FIG. 1 by reference numbers 1 to 19.
  • the additional components by which this spectrum analyzer is supplemented to a measuring device for measuring the phase noise are denoted by reference numerals greater than 30.
  • the high-frequency input signal HF via an adjustable attenuator 1 and the switching position I engaging input switch 34 is fed to the input low-pass filter 2 and from there to the input mixer 3.
  • the input low-pass filter 2 ensures an unambiguous mapping of the input signal, since the first intermediate frequency ZF1 is above the input frequency range.
  • the first frequency conversion in the input mixer 3 is carried out with the output frequency of a phase-locked oscillator 12 whose output frequency divided in a controlled frequency divider 13 is synchronized in a phase comparator 14 with the output frequency of a frequency synthesizer 15.
  • the synthesizer 15 is over the Control unit 19 is controlled so that it generates a continuously changing output frequency.
  • the first intermediate frequency ZFl is filtered in a bandpass filter 4, so that even with the frequency conversion to the second intermediate frequency ZF2 in the second mixer 5 by means of the fixed beat frequency of an oscillator 16 no mirror reception is formed.
  • three such frequency conversions are chosen to simplify the realization of the bandpass on the first intermediate frequency.
  • the resulting intermediate frequency ZF3 is further processed in an analog IF filter module 8, the signals are amplified on the one hand to a low for the subsequent A / D converter 9 level range and on the other hand prefiltered with a bandwidth that is slightly larger than that digitally realized resolution bandwidth in the subsequent digital signal processing so as to avoid overdriving the A / D converter 9.
  • the digital signal processing in the last intermediate frequency, the z. B. at 20 MHz, allows the realization of any filter, including those that is not possible in analog technology due to the limited quality and maximum number of resonant circuits.
  • this type of digital IF processing also makes it possible to analyze a baseband signal which lies in the frequency range from 0 to half the A / D converter clock rate with the aid of the fast Fourier transformation. In operation as a spectrum analyzer is so by automatically traversing the interesting input frequency range on the Screen 11 shows the signal amplitude above the frequency.
  • the control of the individual modules for generating the tunable in frequency oscillator frequency for the first frequency conversion and also for the digital signal processing is carried out in a known manner via a central control unit 19, by which the two switches 34 and 35 are controlled.
  • the two switches 34 and 35 are switched to the switching position II controlled by the control unit 19.
  • the input signal HF is supplied to the input of an additional mixer 30, to which the output frequency of the frequency-tunable first oscillator 12 to 15 divided by the division factor N of a frequency divider 33 is supplied as the superimposition frequency LO. Due to the frequency division in the divider 33, the phase noise of the first local oscillator is improved so that it is as good as a conventional signal generator, as it is used in the above-mentioned measuring stations.
  • Another possibility is to multiply the input signal HF by a factor M by means of a frequency multiplier 38 and to mix in the mixer 30 either with the undivided output frequency of the first oscillator 12 or with the frequency divided by the factor N by the factor N of this first oscillator.
  • a frequency multiplier in practice a better dynamic range in terms of phase noise in a large carrier distance (greater than 1 MHz) is achieved, since such a frequency multiplier can be realized in comparison to a low-noise frequency divider.
  • the method according to the invention is used simultaneously either with only one frequency multiplier or only with one frequency divider or with both possibilities. Both the frequency divider 33 and the frequency multiplier 38 are preferably adjustable to integer factors.
  • the frequency of the RF signal to be measured RF must either be known, if not it can be measured, for example, before starting the measurement with the same meter in Spektrumanalysator réelle (switch position I).
  • the multiplication factor M of the frequency multiplier 38 and / or the division factor N of the frequency divider 33 is set such that frequency equality of the two superposition frequencies supplied to the mixer 30 is achieved with the output frequency which can be set on the first oscillator ,
  • a coarse agreement of the frequencies is sufficient.
  • the control circuit 37 controls the synthesizer 15 via an A / D converter 36 so that the output voltage of the mixer 30 is maintained at an output level of 0V.
  • the mixed down to 0 Hz output of the mixer 30 passes through a low-pass filter 31 and is amplified in a low-noise amplifier 32 as possible.
  • the control bandwidth can be adjusted via the controllable influence of the A / D converter 36 on the synthesizer frequency. Since this control circuit avoids 37 large voltages at the output of the mixer 30, plays with sufficient gain through the amplifier 32, the inherent noise of the A / D converter 9 in the subsequent FFT evaluation for the achievable measurement dynamics irrelevant.
  • the output signal of the amplifier 32 is supplied via the switching position II of the output switch 35 to the A / D converter 9 and is evaluated in the signal processor 10 according to the principle of fast Fourier transformation with respect to phase noise, the result is displayed on the screen 11. Since the input signal is mixed down to 0 Hz in this phase noise measurement, a possible amplitude modulation is suppressed, so that, for example, only the FM noise of an oscillator can be measured, as in a conventional measuring station.
  • the FFT evaluation is carried out in a known manner as in a conventional measuring station.

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Abstract

Zum Messen des Phasenrauschens eines Hochfrequenzsignals wird ein Spektrumanalysator benutzt, wobei das zu messende Hochfrequenzsignal (HF) entweder um M vervielfacht (38) und/oder die Ausgangsfrequenz des durchstimmbaren Oszillators (12-15) des Spektrumanalysators um N geteilt (33) und beide Signale auf gleiche Frequenz geregelt und in einem Mischer (30) gemischt werden. Das Ausgangssignal des Mischers wird dann in der vorzugsweise digitalen Auwerteinrichtung (10) des Spektrumanalysators nach dem Prinzip der Fast-Fourier-Transformation ausgewertet. Der Spektrumanalysator benötigt hierfür nur einen zusätzlichen Mischer, Frequenzteiler und/oder Frequenzvervielfacher.

Description

Verfahren zum Messen des Phasenrauschens eines Hochfrequenzsignals und Meßgerät zum Ausführen dieses
Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Phasenrauschens eines Hochfrequenzsignals mittels eines Spektrumanalysators sowie ein Meßgerät zum Ausführen dieses Verfahrens .
Zum Messen des Phasenrauschens eines Hochfrequenzsignals, beispielsweise des Ausgangssignals eines Oszillators, wird bisher meist ein Meßplatz benutzt, der aus mehreren relativ teuren und schwierig zu bedienenden Einzelgeräten besteht, meist einem Signalgenerator, einem Spektrumanalysator zur Niederfrequenz-Fast-Fourier- Transformation (FFT) , einem Steuerrechner sowie einem zusätzlichen Mischer. Zur Phasenrauschmessung wird das zu messende Hochfrequenzsignal mit einem im Signalgenerator erzeugten Vergleichssignal gleicher Frequenz gemischt. Der Mischer liefert damit ein Ausgangssignal, das die Differenzfrequenz zwischen dem zu messenden Hochfrequenzsignal und dem Vergleichssignal ist und damit ein Maß für das Phasenrauschen darstellt. Die Auswertung dieses Differenzfrequenzsignals erfolgt nach Verstärkung in einem rauscharmen Verstärker mit Hilfe des FFT- Spektrumanalysators. Durch das Mischen der beiden Signale auf 0 Hz wird eine eventuell vorhandene AM-Modulation des Signals unterdrückt, da sich die beiden gleichphasigen Seitenbänder auslöschen. Bei Frequenzmodulation (FM) des zu messenden Hochfrequenzsignals sind die Seitenbänder gegenphasig, ihr Beitrag addiert sich daher im Mischer.
Ein solcher bekannter Meßplatz zum Messen von Phasenrauschen unterscheidet somit zwischen AM- und FM- Rauschen und erlaubt auch das Vermessen von guten Oszillatoren. Es setzt jedoch einen sehr guten rauscharmen Signalgenerator im entsprechenden Frequenzbereich voraus . Häufig ist noch ein HF-Spektrumanalysator erforderlich, um das Meßsignal in der Frequenz zu bestimmen, und ein Oszilloskop, um die Synchronisation zu prüfen. Ein solcher bekannter Meßplatz ist daher relativ aufwendig, teuer und schwierig zu bedienen.
Das Phasenrauschen kann im Prinzip auch mit einem Spektrumanalysator gemessen werden. Der klassische Spektrumanalysator kann jedoch nicht zwischen AM- und FM- Modulation unterscheiden. Bei einem Oszillator soll aber im allgemeinen nur der FM-Anteil gemessen werden. Bei modernen Spektrumanalysatoren mit digitaler Auswertung der letzten Zwischenfrequenz kann zwar die AM- und FM- Modulation getrennt gemessen werden. Der Dynamik-Bereich der verwendeten A/D-Wandler ist jedoch nicht ausreichend, um auch gute rauscharme Oszillatoren zu messen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren aufzuzeigen, nach dem mittels eines üblichen Spektrumanalysators eine Phasenrauschmessung mit einer Qualität durchführbar ist, wie sie bisher nur mit teuren Meßplätzen möglich ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und preiswertes Meßgerät zum Ausführen eines solchen Verfahrens aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren laut Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Bezüglich des Meßgeräts wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen insbesondere bezüglich eines einfach zu bedienenden Meßgeräts für die Ausführung eines solchen erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung kann mit einer einfachen zusätzlichen Baugruppe (Mischer, Frequenzvervielfacher und/oder Frequenzteiler sowie Umschalter) ein üblicher Spektrumanalysator mit der heute üblichen digitalen Auswertung zu einem hochwertigen Phasenrauschanalysator erweitert werden, der in einem einzigen Geräte alle Meßfunktionen eines Phasenrausch-Meßplatzes und eines Spektrumanalysators vereint und der es bei einfachster Bedienung ohne zusätzlichen Signalgenerator ermöglicht, auch gute rauscharme Oszillatoren bezüglich Phasenrauschen zu messen. Das erfindungsgemäße Meßverfahren besitzt bezüglich Grundrauschen eine hohe Meßdynamik und liefert außerdem gute Werte für das trägernahe Phasenrauschen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird beispielsweise die Ausgangsfrequenz des durchstimmbaren ersten Oszillators des Spektrumanalysators, die im Spektrumanalysatorbetrieb oberhalb des Eingangsfrequenzbereiches liegt, in der
Betriebsart "Phasenrauschmessung" durch einen
Frequenzteiler geteilt, so daß deren Phasenrauschen um 20-logN (N=Teilungsfaktor des Frequenzteilers) verbessert und hierdurch die gewünschte Qualität erreicht wird.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das bezüglich Phasenrauschen zu messende Hochfrequenzsignal durch einen Frequenzvervielfacher (Vervielfachungsfaktur M) in der Frequenz zu vervielfachen und entweder mit der ungeteilten oder mit einer in der Frequenz geteilten Ausgangsfrequenz des durchstimmbaren ersten Oszillators zu mischen, auch hierdurch wird die gewünschte Meßqualität erreicht. Frequenzvervielfachung M und Frequenzteilung N werden vorzugsweise so gewählt und aufeinander abgestimmt, daß deren schaltungstechnische Realisierung am einfachsten wird und trotzdem die gewünschte Meßqualität erreicht wird. Frequenzvervielfacher und Frequenzteiler sind insbesondere in ihren Faktoren M bzw. N einstellbar, am zweckmäßigsten auf ganzzahlige Vielfache.
Trotz dieser Umschaltmöglichkeit auf eine hochwertige Phasenrauschmessung bleibt die Funktionalität des dazu ergänzten Spektrumanalysators voll erhalten und kann wie üblich beispielsweise dazu benutzt werden, ein unbekanntes Eingangssignal in Bezug auf Frequenz und Pegel zu analysieren. Für eine anschließende Phasenrauschmessung ist es nur erforderlich, die im Spektrumanalysator vorhandenen Baugruppen in ähnlicher Weise zusammenzuschalten, wie dies beim eingangs erwähnte klassischen Phasenrauschmeßplatz üblich ist. Im Prinzip kann jeder Spektrumanalysator gemäß der Erfindung zum Phasenrauschanalysator ergänzt werden, auch solche mit analoger FFT-Auswertung. Besonders geeignet hierfür sind jedoch moderne Spektrumanalysatoren mit digitaler Auswertung in der letzten Zwischenfrequenz.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäß verwendbaren Spektrumanalysators.
Die einzelnen Baugruppen des Spektrumanalysators sind in der Fig. 1 mit den Bezugszeichen 1 bis 19 bezeichnet. Die zusätzlichen Baugruppen, durch die dieser Spektrumanalysator zu einem Meßgerät zum Messen des Phasenrauschens ergänzt werden, sind mit Bezugszeichen größer als 30 bezeichnet.
Bei Betrieb des Meßgeräts als Spektrumanalysator wird das hochfrequente Eingangssignal HF über einen einstellbaren Abschwächer 1 und den die Schaltstellung I einnehmenden Eingangs- Umschalter 34 dem Eingangs-Tiefpaß 2 und von dort dem Eingangs-Mischer 3 zugeführt. Der Eingangs- Tiefpaß 2 sorgt für eine eindeutige Abbildung des Eingangssignals, da die erste Zwischenfrequenz ZFl oberhalb des Eingangsfrequenzbereiches liegt. Die erste Frequenzumsetzung im Eingangs-Mischer 3 erfolgt mit der Ausgangsfrequenz eines phasengeregelten Oszillators 12, dessen in einem gesteuerten Frequenzteiler 13 geteilte Ausgangsfrequenz in einem Phasenkomparator 14 mit der Ausgangsfrequenz eines Frequenzsynthesizers 15 synchronisiert ist. Der Synthesizer 15 ist über die Steuereinheit 19 so gesteuert, daß er eine kontinuierlich sich ändernde Ausgangsfrequenz erzeugt.
Die erste Zwischenfrequenz ZFl wird in einem Bandpaß 4 gefiltert, so daß auch bei der Frequenzumsetzung zur zweiten Zwischenfrequenz ZF2 im zweiten Mischer 5 mittels der festen Überlagerungsfrequenz eines Oszillators 16 kein Spiegelempfang entsteht. Gleiches gilt für den Bandpaß 6 in Verbindung mit dem nachfolgenden Mischer 7 und Frequenzumsetzung mittels eines festen Oszillators 17. Üblicherweise werden drei derartige Frequenzumsetzungen gewählt, um die Realisierung des Bandpasses auf der ersten Zwischenfrequenz zu vereinfachen.
Die resultierende Zwischenfrequenz ZF3 wird in einer analogen ZF-Filter-Baugruppe 8 weiterverarbeitet, die Signale werden zum einen auf einen für den nachfolgenden A/D-Wandler 9 günstigen Pegelbereich verstärkt und zum anderen auch mit einer Bandbreite vorgefiltert, die etwas größer ist als die digital realisierte Auflösebandbreite in der nachfolgenden digitalen Signalverarbeitung, um so Übersteuerungen des A/D-Wandlers 9 zu vermeiden. Die Zufuhr des Ausgangssignals von der Baugruppe 8 zum A/D- Wandler 9, der seinerseits über einen Taktgenerator 18 gesteuert ist, erfolgt in der Schaltstellung I des ausgangsseitigen Umschalters 35.
Die digitale Signalverarbeitung in der letzten Zwischenfrequenz, die z. B. bei 20 MHz liegt, ermöglicht die Realisierung beliebiger Filter, auch solcher, die in der Analogtechnik durch die begrenzte Güte und maximale Anzahl der Resonanzkreise nicht möglich ist. Diese Art der digitalen ZF-Verarbeitung bietet vor allem auch die Möglichkeit, ein Basisbandsignal, das im Frequenzbereich von 0 bis zum halben A/D-Wandler-Takt liegt, mit Hilfe der Fast-Fourier-Transformation zu analysieren. Im Betrieb als Spektrumanalysator wird so durch automatisches Durchfahren des interessierenden Eingangsfrequenzbereiches auf dem Bildschirm 11 die Signalamplitude über der Frequenz angezeigt.
Die Steuerung der einzelnen Baugruppen zur Erzeugung der in der Frequenz durchstimmbaren Oszillatorfrequenz für die erste Frequenzumsetzung und auch für die digitale Signalverarbeitung erfolgt in bekannter Weise über eine zentrale Steuereinheit 19, durch die auch die beiden Umschalter 34 und 35 gesteuert sind.
Bei Betrieb des Meßgeräts zum Messen des Phasenrauschens eines EingangsSignals HF, beispielsweise der Ausgangsfrequenz eines Oszillators, werden gesteuert durch die Steuereinheit 19 die beiden Umschalter 34 und 35 in die Schaltstellung II umgeschaltet. Das Eingangssignal HF wird dadurch nach Durchlaufen des Abschwächers 1 dem Eingang eines zusätzlichen Mischers 30 zugeführt, dem als Überlagerungsfrequenz LO die Ausgangsfrequenz des in der Frequenz durchstimmbaren ersten Oszillators 12 bis 15 geteilt durch den Teilungsfaktor N eines Frequenzteilers 33 zugeführt wird. Durch die Frequenzteilung im Teiler 33 wird das Phasenrauschen des ersten Überlagerungsoszillators so verbessert, daß er gleich gut wie ein üblicher Signalgenerator ist, wie er bisher bei den eingangs erwähnten Meßplätzen benutzt wird.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Eingangssignal HF über einen Frequenzmultiplizierer 38 um den Faktor M zu vervielfachen und im Mischer 30 entweder mit der ungeteilten Ausgangsfrequenz des ersten Oszillators 12 oder mit der in der Frequenz um den Faktor N geteilten Ausgangsfrequenz dieses ersten Oszillators zu mischen. Durch einen solchen Frequenzvervielfacher wird in der Praxis eine bessere Meßdynamik in Bezug auf Phasenrauschen in großem Trägerabstand (größer als 1 MHz) erreicht, da ein solcher Frequenzvervielfacher im Vergleich zu einem Frequenzteiler rauscharmer realisiert werden kann. In der Ansteuerung und in der Auswertung ergibt sich kein großer Unterschied zwischen einer Phasenrauschmessung auf der Grundwelle oder auf einer Oberwelle, es muß bei der Auswertung im Prozessor das Meßergebnis nur um den Vervielfachungsfaktor mit 20 x LogM korrigiert werden. Je nach Frequenzbereich wird entweder nur mit einem Frequenzvervielfacher oder nur mit einem Frequenzteiler oder mit beiden Möglichkeiten gleichzeitig das erfindungsgemäße Verfahren angewendet. Sowohl der Frequenzteiler 33 als auch der Frequenzvervielfacher 38 sind vorzugsweise auf ganzzahlige Faktoren einstellbar.
Für eine Phasenrauschmessung muß die Frequenz des zu messenden Hochfrequenzsignals HF entweder bekannt sein, wenn nicht kann sie beispielsweise vor Beginn der Messung mit dem gleichen Meßgerät im Spektrumanalysatorbetrieb (Schalterstellung I) gemessen werden. Zu Beginn der Messung wird je nach Größe des zu messenden Hochfrequenzsignals HF der Vervielfachungsfaktor M des Frequenzvervielfachers 38 und/oder der Teilungsfaktor N des Frequenzteilers 33 so eingestellt, daß mit der am ersten Oszillator einstellbaren Ausgangsfrequenz jeweils Frequenzgleichheit der beiden dem Mischer 30 zugeführten Überlagerungsfrequenzen erreicht wird. Bei Beginn der Phasenrauschmessung reicht eine grobe Übereinstimmung der Frequenzen aus. Wenn beispielsweise sowohl ein Frequenzvervielfacher 38 als auch ein Frequenzteiler 33 vorhanden ist - was nicht zwingend notwendig ist, es ist in manchen Anwendungsfällen durchaus ausreichend, entweder nur einen Frequenzvervielfacher oder nur einen Frequenzteiler vorzusehen - und es soll beispielsweise das Phasenrauschen eines Oszillators mit der Ausgangsfrequenz HF von 100 MHz gemessen werden, so wird beispielsweise der Frequenzvervielfacher auf einen Vervielfachungsfaktor M = 8 und der Frequenzteiler 33 auf einen Teilungsfaktor N = 10 eingestellt, der erste Oszillator 12 kann dann auf 8 GHz eingestellt werden, so daß die dem Mischer 30 zugeführten beiden Frequenzen RF und LO jeweils 800 MHz betragen. Nach grober Einstellung der Frequenz des ersten Oszillators wird anschließend über einen Regelkreis 37 die Ausgangsfrequenz des ersten Oszillators so geregelt, daß die Ausgangsfrequenz des Mischers 30 0 Hz beträgt. Der Regelkreis 37 steuert über einen A/D-Wandler 36 den Synthesizer 15 so, daß die AusgangsSpannung des Mischers 30 auf einem Ausgangspegel von 0 V gehalten wird. Das auf 0 Hz herabgemischte Ausgangssignal des Mischers 30 durchläuft einen Tiefpaß 31 und wird in einem möglichst rauscharmen Verstärker 32 verstärkt.
Über den steuerbaren Einfluß des A/D-Wandlers 36 auf die Synthesizerfrequenz kann die Regelbandbreite eingestellt werden. Da dieser Regelkreis 37 große Spannungen am Ausgang des Mischers 30 vermeidet, spielt bei ausreichender Verstärkung durch den Verstärker 32 das Eigenrauschen des A/D-Wandlers 9 bei der anschließenden FFT-Auswertung für die erreichbare Meßdynamik keine Rolle.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 32 wird über die Schaltstellung II des Ausgangs-Umschalters 35 dem A/D- Wandler 9 zugeführt und wird im Signalprozessor 10 nach dem Prinzip der Fast-Fourier-Transformation bezüglich Phasenrauschen ausgewertet, das Ergebnis wird am Bildschirm 11 angezeigt. Da bei dieser Phasenrauschmessung das Eingangssignal auf 0 Hz herabgemischt wird, wird auch eine eventuelle Amplitudenmodulation unterdrückt, so daß wie bei einem üblichen Meßplatz beispielsweise nur das FM- Rauschen eines Oszillators gemessen werden kann. Die FFT- Auswertung erfolgt in bekannter Weise wie bei einem üblichen Meßplatz.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Sämtliche vorstehend beschriebenen Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Messen des Phasenrauschens eines Hochfrequenzsignals mittels eines Spektrumanalysators, der einen in der Frequenz durchstimmbaren Oszillator zur ersten Frequenzumsetzung und eine Einrichtung zum Auswerten des Signals der letzten Zwischenfrequenz nach dem Prinzip der Fast-Fourier-Transformation aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Hochfrequenzsignal um M vervielfacht und/oder die geteilte Ausgangsfrequenz des durchstimmbaren Oszillators des Spektrumanalysators durch N geteilt auf gleiche Frequenz geregelt in einem Mischer gemischt werden und das Ausgangssignal dieses Mischers in der Auswerteinrichtung des Spektrumanalysators ausgewertet wird.
2. Meßgerät, das wahlweise zur Spektrumanalyse oder zum
Messen des Phasenrauschens eines Hochfrequenzsignals benutzbar ist, zum Ausführen eines Verfahrens nach
Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Zwischenfrequenz-Überlagerungsstufe (3,
12-15; 5, 16; 7, 17), einen in der Frequenz durchstimmbaren ersten Oszillator
(12-15) für die erste Überlagerungsstufe, einen Analog/Digital-Wandler (9) , einen Signalprozessor (10) zum Auswerten eines
Eingangssignals nach dem Prinzip der Fourier-
Transformation, einen zusätzlichen Mischer (30) , einen zwischen dem einen Eingang des Mischers (30) und dem durchstimmbaren ersten Oszillator (12 bis 15) angeordneten
Frequenzteiler (33) und/oder einen zwischen dem Eingang des Meßgerätes und dem anderen Eingang des Mischers (30) angeordneten Frequenzvervielfacher (38) , wobei im Betrieb als Spektrumanalysator das Eingangssignal (HF) mittels des durchstimmbaren ersten Oszillators (12 bis 15) sowie der folgenden Überlagerungsstufen in eine Zwischenfrequenz umgesetzt, im Analog/Digital-Wandler (9) digitalisiert und im Signalprozessor (10) nach dem Prinzip der schnellen Fourier-Transformation ausgewertet wird, und zum Messen des Phasenrauschens das Eingangsignal (HF) entweder direkt oder im Frequenzvervielfacher (38) vervielfacht mit der ungeteilten oder mit der im Frequenzteiler (33) geteilten Ausgangsfrequenz im zusätzlichen Mischer (30) herabgemischt wird, dabei der durchstimmbare Oszillator (12 bis 15) über einen Regelkreis (37) so geregelt ist, daß die dem zusätzlichen Mischer (30) zugeführten Frequenzen gleich sind, und das Ausgangssignal dieses zusätzlichen Mischers (30) nach Digitalisierung im Analog/Digital-Wandler (9) im Signalprozessor (10) nach dem Prinzip der Fourier- Transformation ausgewertet wird.
3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilungsverhältnis (N) des Frequenzteilers (33) und/oder der Vervielfachungsfaktur (M) des Frequenzvervielfachers (38) einstellbar sind.
4. Meßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Frequenzteiler (33) und/oder Frequenzvervielfacher (38) auf ganzzahlige Faktoren einstellbar sind.
5. Meßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Überlagerungsstufe (3, 12-15) und vor dem Analog/Digital-Wandler (9) jeweils ein Umschalter (34,
35) angeordnet ist und zum Betrieb als Spektrumanalysator in der einen Schaltstellung (I) dieser Umschalter (34, 35) das Eingangssignal (HF) der ersten Überlagerungsstufe (3) und das Zwischenfrequenzsignal dem Analog/Digital-Wandler
(9) zugeführt wird, während in der anderen Schaltstellung
(II) dieser Umschalter (34, 35) das Eingangssignal (HF) dem zusätzlichen Mischer (30) und dessen Ausgangssignal dem Analog/Digital-Wandler (9) zugeführt wird.
6. Meßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Überlagerungsfrequenz über einen phasengeregelten Oszillator (12 bis 14) erzeugt wird, der seinerseits über einen in der Frequenz durchstimmbaren Synthesizer (15) synchronisiert ist, wobei zum Messen des Phasenrauschens das in einem weiteren Analog/Digital- Wandler (36) digitalisierte Ausgangssignal des zusätzlichen Mischers (30) den Synthesizer (15) so regelt, daß der erste Überlagerungsoszillator (12). eine Frequenz erzeugt, die am Ausgang des Mischers (30) eine Differenzfrequenz von 0 Hz ergibt.
7. Meßgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des zusätzlichen Mischers (30) mittels eines rauscharmen Verstärkers (32) verstärkt dem Analog/Digital-Wandler (9) des Spektrumanalysators zugeführt wird.
8. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb als Spektrumanalysator das mittels des durchstimmbaren Oszillators in die erste Zwischenfrequenz (ZFl) umgesetzte Ausgangssignal in mindestens einer weiteren, vorzugsweise in zwei weiteren
Überlagerungsstufen (5, 16; 7, 17) mit fester
Überlagerungsfrequenz auf die letzte Zwischenfrequenz
(ZF3) umgesetzt wird, die dann im Analog/Digital-Wandler
(9) digitalisiert wird.
PCT/EP2005/007495 2004-08-03 2005-07-11 Verfahren zum messen des phasenrauschens eines hochfrequenzsignals und messgerät zum ausführen dieses verfahrens Ceased WO2006015677A1 (de)

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