DE3634528C1 - Schaltung zur Kompensation des Frequenzganges eines Spektrumanalysators - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung laut Oberbe­ griff des Hauptanspruches.

Zur frequenzselektiven Messung des Pegels einer Hochfre­ quenzspannung werden Spektrumanalysatoren eingesetzt, die nach dem Überlagerungsprinzip mit einem gewobbelten Über­ lagerungsoszillator arbeiten und das zu messende Hochfre­ quenz-Eingangssignal in eine Zwischenfrequenz oder direkt in ein Gleichspannungssignal umsetzen. Im Frequenzaufbe­ reitungszug eines solchen Spektrumanalysators sind ver­ schiedene Mischstufen mit Filter, meist auch Pegelteiler und andere Bauelemente enthalten, die einen unerwünschten Frequenzgang, d. h. eine unerwünschte Änderung des Pegels in Abhängigkeit von der jeweiligen Frequenz hervorrufen. Neben einem solchen störenden Frequenzgang besitzen solche Spektrumanalysatoren meist auch noch einen störenden Tem­ peraturgang.

Um einen derartigen störenden Frequenzgang für eine genaue Pegelmessung zu beseitigen ist es bekannt (Spectrumanaly­ sator hp 8568A der Fa. Hewlett Packard, Manual, Fig. 9-79), über ein zusätz­ liches Widerstands-Dioden-Netzwerk, das mit der Wobbel­ spannung gespeist ist, eine frequenzproportionale analoge Steuergröße abzuleiten und mit dieser den Pegel im Spek­ trumanalysator in einem den Frequenzgang kompensierenden Sinne zu ändern. Hierzu ist im Frequenzaufbereitungszug des Spektrumanalysators vorzugsweise in der Zwischenfre­ quenzstufe oder im Gleichspannungszug nach dem Demodulator ein entsprechender steuerbarer Verstärker oder ein steuer­ bares Dämpfungsglied eingebaut. Eine solche bekannte ana­ loge Kompensationsschaltung kann mit vertretbarem schal­ tungstechnischen Aufwand den Frequenzgang nur im Mittel beseitigen, niemals jedoch vollständig.

Bei prozessorgesteuerten Meßempfängern, bei denen die Über­ lagerungsfrequenz über einen Synthesizer über das Prozessor­ system einstellbar ist, ist es zur Frequenzgangkompensation an sich bekannt, einen zusätlichen Digitalspeicher vorzu­ sehen und hier für die verschiedenen Überlagerungsfrequen­ zen die entsprechenden Pegelkorrekturwerte als Digitalwerte abzuspeichern und zur Frequenzgangkompensation wird dann dieser gespeicherte Digitalwert im Prozessorsystem direkt zur Meßwertkorrektur herangezogen. Dieses Kompesations­ verfahren ist zwar beliebig genau, besitzt jedoch den Nach­ teil, daß es nicht bei sehr schnell sich ändernder Fre­ quenz anwendbar ist, wie dies bei einem Spektrumanalysator der Fall ist.

Bei Spektrumsanalysatoren ist es bekannt, im Frequenz­ aufbereitungszug nach der Mischstufe einen im Verstär­ kungsgrad einstellbaren Verstärker anzuordnen (DE-Z: Frequenz, 28 (1974) 3, S. 66 bis 72), mit dem vom Be­ nutzer von Hand der Ausgangspegel einstellbar ist. Ferner ist es bei einem mikroprozessorgesteuerten Wobbelgenerator bekannt, zur Einstellung des Modu­ lationshubes einen steuerbaren Verstärker im Frequenz­ aufbereitungszug anzuordnen, der ebenfalls über den Mikroprozessor steuerbar ist (Hewlett Packard Journal, Sept. 1982, S. 30 bis 36).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Frequenzgang-Kompensa­ tions-Schaltung aufzuzeigen, die auch bei einem Spektrum­ analysator mit sich sehr schnell ändernder Überlagerungs­ frequenz mit einem einfachen schaltungstechnischen Aufbau eine genaue Frequenzgangkompensation ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung laut Ober­ begriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung können die beispielsweise bei der Fertigung des Gerätes bestimm­ ten und im Digitalspeicher gespeicherten frequenzpropor­ tionalen Steuergrößen sehr schnell durch einen einfachen Schaltvorgang über den Analog/Digital-Wandler zwischen Wobbelgenerator und Speicher abgefragt werden, die dann unmittelbar die Pegeländerungsstufe entsprechend einstel­ len. Damit wird jede frequenzabhängige Pegeländerung auch bei sehr schneller Frequenzänderung sofort entsprechend korrigiert und mit der erfindungsgemäßen Schaltung ist daher auch bei einem Spektrumanalysator mit extrem schnel­ ler Änderung der Überlagerungsfrequenz eine beliebig ge­ naue Frequenzgangkompensation möglich. Die Genauigkeit wird nur durch die Auflösung des Analog/Digital-Wandlers bestimmt und kann daher beliebig genau gemacht werden. Bei Verwendung einer unmittelbar digital einstellbaren Pegeländerungsstufe, beispielsweise bei Verwendung eines digital einstellbaren Verstärkers oder einer digital ein­ stellbaren Dämpfungsschaltung, kann über die aus dem Digi­ talspeicher abgerufenen digitalen Steuergrößen unmittelbar der Pegel im Frequenzaufbereitungszug des Analysators ent­ sprechend geändert und korrigiert werden. Aus praktischen Gründen werden hierbei jedoch meist analog steuerbare Ver­ stärker oder Dämpfungsglieder benutzt, die über eine Steuer­ spannung oder einen Steuerstrom entsprechend im Verstär­ kungsgrad bzw. Dämpfungsgrad einstellbar sind. In diesem Fall ist es nur noch nötig, am Ausgang des Digitalspei­ chers einen Digital/Analog-Wandler vorzusehen, der die aus dem Digitalspeicher abgerufene digitale Steuergröße in eine entsprechende analoge Steuergröße, beispielsweise eine Steuerspannung, umwandelt, mit der dann unmittelbar die steuerbare Pegeländerungsstufe angesteuert wird. Die Anzahl der im Digitalspeicher abzuspeichernden Korrektur­ werte, die beispielsweise bei der Fertigung des Gerätes durch einen Meßvorgang einmal bestimmt und dann in den Speicher eingespeichert werden, richtet sich nach der ge­ wünschten Genauigkeit der Frequenzgangkompensation. Wenn nur in einem bestimmten Frequenzbereich ein Frequenzgang auftritt, muß nicht unbedingt die maximale Anzahl von digitalen Steuergrößen im Speicher abgespeichert werden, die sich an sich aus dem Auflösungsvermögen des verwende­ te Analog/Digital-Wandlers ergibt. Die Auflösung des mit der Wobbelspannung beaufschlagten Analog/Digital-Wand­ lers ergibt sich aus der Anzahl der Bits dieses Wandlers, ein 8bit-Wandler kann also mit 2⁸ = 256 Schritten die ein­ gangsseitig angebotene Wobbelspannung, beispielsweise eine linear ansteigende Sägezahnspannung, abtasten. Der Digitalspeicher besitzt in diesem Fall also maximal 256 Speicherplätze, in welche 256 zugehörige digitale Steuer­ größen abspeicherbar sind, die wie gesagt jedoch nicht in allen Fällen voll ausgenutzt werden müssen.

Bei einem Analysator mit einem eingangsseitigen umschalt­ baren Pegelteiler, der in den einzelnen Schaltstufen einen unterschiedlichen Gesamtfrequenzgang ergibt, kann es fer­ ner von Vorteil sein, auch diese frequenzabhängigen Daten des schaltbaren Pegelteilers mit bei der Frequenzgang­ kompensation zu berücksichtigen, indem im Digitalspeicher die frequenzabhängigen Korrekturwerte für die einzelnen Schaltstufen des Pegelteilers gesondert in Gruppen abge­ speichert und je nach Schaltstellung des Eingangsteilers entsprechend abgerufen werden. Schließlich hat es sich noch als vorteilhaft erwiesen, zusätzlich zu der Frequenz­ gangkompensation auch noch eine Temperaturgangkompensation vorzusehen, indem bei Aufbereitung einer analogen Steuer­ größe für die Pegeländerungsstufe dieser unmittelbar eine entsprechende temperaturabhängige analoge Steuergröße überlagert wird, die entweder auf rein analoger Weise über einen entsprechenden Temperaturfühler erzeugt wird oder die über ein im Gerät sowieso vorhandenes Prozessorsystem auf rechnerische Weise ermittelt und über einen entsprechenden Digital/Analog-Wandler in eine geeignete zusätzliche ana­ loge Steuergröße umgewandelt wird. Es ist gegebenenfalls auch möglich, eine solche über ein Prozessorsystem gewonne­ ne Temperaturkorrekturgröße unmittelbar im Digitalspeicher zu berücksichtigen und in Abhängigkeit von der Temperatur die dort abgespeicherten frequenzproportionalen digitalen Steuergrößen zu ändern. Bei der analogen Temperaturgang­ kompensation ist es vorteilhaft, eine Pegeländerungsstufe zu benutzen, die einen linearen Zusammenhang zwischen der analogen Steuergröße und der Pegeländerung besitzt, da in diesem Fall keine zusätzlichen Korrekturmaßnahmen nötig sind. Die Pegeländerungsstufe kann an sich an jeder Stelle längs des Pegelaufbereitungszuges im Analysator angeordnet sein, beispielsweise auch im frequenzabhängigen Eingangs­ kreis vor dem Mischer. Sie wird jedoch vorzugsweise im fre­ quenzunabhängigen Aufbereitungszug nach dem Mischer, also in der Zwischenfrequenzstufe oder in der Niederfrequenz­ stufe nach dem Demodulator eingesetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Erfindung zeigt das Prinzipschaltbild eines Spektrum­ analysators zur frequenzselektiven Messung des Hochfrequenz­ pegels des Eingangssignals E, das über einen beispielsweise digital einstellbaren Pegelteiler 1 und einen Hochfrequenz­ eingangsfilter 2 einer Mischstufe 3 zugeführt wird, in wel­ cher die Frequenz des Eingangssignals E mit der Überlage­ rungsfrequenz eines Überlagerungsoszillators 4 in eine feste Zwischenfrequenz umgesetzt wird, die über einen steu­ erbaren Zwischenfrequenzverstärker 5 einem Demodulator und Gleichspannungsverstärker 6 zugeführt wird. Der Pegel (Amplitude) des so aufbereiteten Eingangssignals wird bei­ spielsweise über eine Pegelanzeigeeinrichtung 7 angezeigt. Der Überlappungsoszillator 4 wird über die Wobbelspannung U, beispielsweise eine Sägezahnspannung, eines Wobbelgene­ rators 8 angesteuert und in einem vorbestimten Frequenz­ bereich durchgestimmt. Diese Wobbelspannung U wird einem Analog/Digital-Wandler 9 zugeführt, in welchem sie in einen entsprechenden wobbelfrequenzproportionalen Digitalwert umgesetzt wird. Die Auflösung dieses Wandlers 9 bestimmt die Anzahl der Abtastpunkte der Wobbelspannung U, ein 8bit- Wandler mit acht Ausgangsleitungen 10 und ermöglicht 256 ein­ zelne Abtastschritte bezogen auf das durch die Sägezahn­ spannung U bestimmte Wobbelfrequenzband des Überlagerungs­ oszillators 4. Über die acht Ausgangsleitungen 10 ist der A/D-Wandler 9 mit einem Digitalspeicher 11 verbunden, der eine der Auflösung des A/D-Wandlers 9 entsprechende maxi­ male Anzahl von Speicherplätzen (z. B. 256 Speicherplätze) besitzt. In diesen einzelnen Speicherplätzen sind bei­ spielsweise im Rahmen des Fertigungsprozesses des Gerätes die in einzelnen Frequenzen der Überlagerungsfrequenz ent­ sprechenden Konturwerte für den Frequenzgang gespeichert, in dem erwähnten Beispiel also beispielsweise maximal 256 einzelne Korrekturwerte. Diese einzelnen frequenzpropor­ tionalen Korrekturwerte des Speichers 11 können über die Steuerleitungen 10 des A/D-Wandlers 9 abgefragt und über einen Digital/Analog-Wandler 12 in ein entsprechendes ana­ loges Ausgangssignal S, beispielsweise eine Steuerspannung für den im Verstärkungsgrad steuerbaren Zwischenfrequenz­ verstärker 5 umgewandelt werden. Für jeden einzelnen Gleich­ stromwert der Wobbelspannung U wird also über den A/D- Wandler 9 jeweils sehr schnell der zugehörige frequenzpro­ portionale digitale Korrekturwert im Digitalspeicher 11 abgefragt und über den Ausgang des Digitalspeichers dem D/A-Wandler 12 zugeführt, der damit sofort den Verstärker 5 entsprechend steuert und so den Pegel des Eingangssignals entsprechend korrigiert.

Da auch der einstellbare Pegelteiler 1 u. U. frequenzabhän­ gig ist und je nach der gewählten Schaltstufe einen unter­ schiedlichen Gesamtfrequenzgang ergibt, ist es vorteilhaft, auch die jeweilige Schaltstellung dieses Pegelteilers 1 mit in die Pegelkorrektur einzubeziehen. Zu diesem Zweck ist der Pegelteiler 1 über entsprechende Steuerleitungen 13 - in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Übersicht­ lichkeit halber für nur zwei Schaltstufen zwei entsprechen­ de Steuerleitungen dargestellt - mit dem Digitalspeicher 11 verbunden. Im Digitalspeicher sind für jede Schaltstufe - im gewählten Ausführungsbeispiel also für zwei Schaltstu­ fen - gesonderte Speichergruppen vorhanden, in welchen die zu jeder Schaltstufe gehörigen frequenzproportionalen Steu­ ergrößen des Gesamtfrequenzganges abgespeichert sind. Da­ mit wird über die Steuerleitungen 3 je nach der gewählten Schaltstufe jeweils immer die zugehörige Speichergruppe ausgewählt, aus welcher dann über den A/D-Wandler 9 die zu­ gehörigen frequenzproportionalen Steuergrößen ausgewählt werden. Auf diese Weise kann der gesamte Frequenzgang eines Analysators zwischen Eingangsbuchse und frequenzunabhängi­ ger Verstärkungsstufe beseitigt werden.

Über eine in die Steuerleitung zwschen D/A-Wandler 12 und Steuereingang des Zwischenfrequenzverstärkers 5 angeordnete Addierstufe 14 kann gegebenenfalls der analogen Steuerspan­ nung S noch eine zusätzliche Temperaturgang-Kompensations- Komponente T überlagert werden, die über einen geeigneten Temperaturfühler beispielsweise unmittelbar als analoge Größe T zugeführt wird oder die über einen Mikroprozessor errechnet und nach Digital-Analog-Wandlung über den Eingang T zugeführt wird. Bei Anwendung einer solchen zusätzlichen Temperaturkompensation ist es vorteilhaft, einen steuer­ baren Verstärker 5 zu benutzen, der einen linearen Zusam­ menhang zwischen seiner Steuerspannung und dem Verstär­ kungsgrad besitzt.

Der Digitalspeicher 11 ist beispielsweise ein E-PROM, sein Speicherumfang richtet sich nach der gewünschten Korrektur­ genauigkeit.

Claims (5)

1. Schaltung zur Kompensation des Frequenzganges eines Spektrumanalysators, dessen mit einer Misch­ stufe (3) im Frequenzaufbereitungszug zusammenwirken­ der Überlagerungsoszillator (4) über die Wobbel­ spannung (U) eines Wobbelgenerators (8) gesteuert ist, mit einer im Frequenzaufbereitungszug ange­ ordneten steuerbaren Pegeländerungsstufe (5), mit welcher der Ausgangspegel in Abhängigkeit von dieser Wobbelspannung (U) im frequenzgangkompen­ sierenden Sinne gesteuert ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die frequenzab­ hängigen Steuergrößen für die Pegeländerungsstufe (5) als Digitalwerte in einem Digitalspeicher (11) gespeichert sind und zwischen diesem Digital­ speicher (11) und dem Wobbelgenerator (8) ein Analog/Digital-Wandler (9) angeordnet ist, über dessen der Wobbelspannung (U) proportionale Digitalwerte die zugehörigen frequenzabhängigen Steuergrößen im Digitalspeicher (11) ausgewählt und der Pegeländerungsstufe (5) zugeführt sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die steuerbare Pegelände­ rungsstufe (5) einen steuerbaren Verstärker auf­ weist und daß zwischen dem Digitalspeicher (11) und dem Steuereingang der Pegeländerungsstufe (5) ein Digital/Analog-Wandler (12) angeordnet ist, der die Digitalwerte des Digitalspeichers (11) in entsprechende analoge Steuergrößen (S) umwandelt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Digitalspeicher (11) maximal die sich aus dem Auflösungsvermögen des Analog/ Digital-Wandlers (9) ergebende Anzahl von Steuer­ größen als Digitalwerte gespeichert sind.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen Spektrumanalysator mit einem in mehreren Stufen umschaltbaren Eingangspegelteiler (1), dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängigen Digitalwerte für die Pegelände­ rungsstufe (5) für jede Schaltstufe des Eingangs­ pegelteilers (1) gesondert gespeichert sind und der Eingangspegelteiler (1) mit dem Digitalspeicher (11) so verbunden ist (Steuerleitungen 13), daß in jeder Schaltstufe des Eingangspegelteilers (1) je­ weils die dieser zugehörigen frequenzabängigen Steuergrößen im Digitalspeicher (11) ausgewählt und der Pegeländerungsstufe (5) zugeführt sind.

5. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen Digital/Analog-Wandler (12) und Steuereingang der Pegeländerungsstufe (5) eine Addierstufe (14) angeordnet ist, die der frequenzabhängigen Steuer­ größe (S) eine zusätzliche temperaturabhängige Steuergröße (T) überlagert.