DE102018128644A1

DE102018128644A1 - Verfahren und Messgerät zum Entfernen von einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal

Info

Publication number: DE102018128644A1
Application number: DE102018128644.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Leffel; Martin LEIBFRITZ; Werner Held
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-20

Abstract

Ein Verfahren zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang (310) eines Messobjekts (DUT) (320), umfasst eine erste Messung des Messsignals mit einer Messeinheit am Ausgang (310) des Messobjekts (DUT) (320), wobei das Messobjekt (320) an seinem Eingang (330) mit einem Messsignal mit einer ersten Frequenz beaufschlagt wird. Es wird dann eine zweite Messung des Messsignals am Ausgang (310) des Messobjekts (320) mit der Messeinheit durchgeführt, wobei das Messobjekt (320) an seinem Eingang (330) mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird. Schließlich werden die Messergebnisse der zweiten Messung von den Messergebnissen der ersten Messung subtrahiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und ein Messgerät zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang eines Messobjekts (DUT).
Die Messung des Rauschfaktors F, auch bezeichnet als Rauschzahl F bzw. des Rauschmaßes NF ist essenzieller Bestandteil jeder Charakterisierung von Komponenten wie Verstärkern, Mischern oder Empfängern. Die Rauschzahl F ist eine Gütezahl, die die Menge an übermäßigem Rauschen beschreibt, die in einem System vorhanden ist. Die Rauschzahl F ist definiert als der Quotient eines Signal-Rausch-Verhältnisses des Eingangs und eines Signal-RauschVerhältnisses des Ausgangs. Das Rauschmaß NF (Engl.: Noise-Figure, NF) ergibt sich dann als der Zehnerlogarithmus der Rauschzahl F multipliziert mit dem Faktor 10. (NF= 10*log (F)).
Eine möglichst genaue Messung der Rauschzahl F, respektive die Ermittlung des Rauschmaßes NF ist wichtig, um die Korrelation von Simulationen und Messungen zu verbessern und auch um Schaltungsmodelle rascher verfeinern zu können. Insbesondere erlaubt eine möglichst genaue Ermittlung des Rauschmaßes die Optimierung von Sende/Empfangssystemen, welche beispielsweise für Radaranwendungen eingesetzt werden. Verbesserte Rauscheigenschaften erlauben die Reduktion der Sendeleistung, wodurch preisgünstigere und auch leichtere Sender verwendet werden können.
Es gibt im Wesentlichen zwei Rauschzahl-Messmethoden. Am häufigsten wird das sogenannte Y-Faktor- oder Heiss/Kaltquellen-Messverfahren eingesetzt. Die zweite Rauschzahl-Messmethode ist die sogenannte Kaltquellen-Methode, welche bevorzugt mit einem Vektor-Netzwerk-Analysator (VNA) durchgeführt wird. Ungewollte Signalanteile in einem Messsignal am Ausgang eines Messobjekts, von welchem beispielsweise die Rauschzahl gemessen werden soll, verfälschen allerdings die Messergebnisse und erlauben keine hinreichend genaue Messung der Rauschzahl F und somit keine hinreichend genaue Ermittlung des Rauschmaßes NF.
Aus der DE 10 2005 008 734 A1 sind ein Verfahren und ein System zur Identifizierung und/oder zur Beseitigung einer unbekannten Anzahl von sinusförmigen Störsignalen in einem im allgemeinen farbigen Rauschsignal bekannt. Das Verfahren gemäß dieser Druckschrift beinhaltet eine Fast-Fourier-Transformation mit praktikabler Frequenzauflösung und verwendet zusätzlich ein effizientes numerisches Verfahren. Zur Detektion von sinusförmigen Störsignalen in einem Rauschsignal wird zunächst der gesamte Frequenzbereich des zu messenden Rauschsignals über eine Fast-Fourier-Transformation-Filterbank in mehrere Frequenzbänder aufgeteilt, in denen das Rauschsignal jeweils näherungsweise weiß ist und zusätzlich nur eine begrenzte, vergleichsweise kleine Anzahl von zu sinusförmigen Störsignalen gehörigen Spektrallinien enthalten sind. In weiterer Folge können über ein Verfahren zur Eigenwert-Analyse von Autokorrelations-Matrizen, die Frequenzen und Leistungspegel der sinusförmigen Störsignale ermittelt werden.
Nachteilig an dem in der DE 10 2005 008 734 A1 beschriebenen Verfahren und System ist die sehr rechenaufwendige und somit auch zeitaufwendige Detektion der sinusförmigen Störsignale. Des Weiteren erhöht die Verwendung von leistungsfähigen Transformations-Filterbänken und Recheneinheiten zur Durchführung der nötigen mathematischen Operationen die Herstellungskosten eines solchen Systems.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Messgerät zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang eines Messobjekts zu schaffen, wodurch eine hinreichend genaue Bestimmung der Rauschzahl F möglich ist, ohne einen aufwendigen Messaufbau mit teuren Messgeräten und Zusatzkomponenten zu benötigen. Des Weiteren soll eine solche Messung deutlich reduzierte Messzeiten gegenüber bekannten Verfahren zu Messung von Rauschzahlen erzielen.
Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren realisierte Messaufbau soll auch dazu dienen, verschiedene relevante Parameter eines Messobjekts, wie S-Parameter und Rauschzahl, zu messen, ohne den Messaufbau verändern zu müssen.
Das Verfahren ist insbesondere zur Messung von geringen Rauschzahlen hervorragend geeignet und prädestiniert zur Anwendung in Verbindung mit einem Vektor-Netzwerk-Analysator.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang eines Messobjekts (DUT) durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 11 und bezüglich des erfindungsgemäßen Messgeräts durch die Merkmale des Anspruchs 10 bzw. 18 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang eines Messobjekts angegeben. Die in den Unteransprüchen angeführten vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch auf das erfindungsgemäße Messgerät beziehbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang eines Messobjekts (DUT), weist zunächst eine erste Messung des Messsignals mit einer Messeinheit am Ausgang des Messobjekts (DUT) auf, wobei das Messobjekt an seinem Eingang mit einem Messsignal mit einer ersten Frequenz beaufschlagt wird. Es wird dann eine zweite Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts mit der Messeinheit durchgeführt, wobei das Messobjekt an seinem Eingang mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird. Diese zweite Frequenz unterscheidet sich von der ersten Frequenz. Schließlich werden die Messergebnisse der zweiten Messung von den Messergebnissen der ersten Messung subtrahiert.
Vorteilhafterweise werden mit einem unveränderten Messaufbau zwei Messungen durchgeführt. Durch beaufschlagen mit einer ersten Frequenz am Eingang des Messobjekts wird ein Ausgangssignal am Ausgang des Messobjekts erzeugt, welches Signalanteile beinhaltet, die gemessen werden sollen und auch Signalanteile, welche ungewollt sind. In einer zweiten Messung wird der Eingang des Messobjekts mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt, welche derart gewählt ist, dass am Ausgang des Messobjekts die ungewollten Signalanteile erzeugt werden, welche bei der ersten Messung entstehen. Die Subtraktion der zweiten Messung, welche die ungewollten Signalteile beinhaltet, von der ersten Messung, welche die gewollten und ungewollten Signalanteile beinhaltet, resultiert in einem Messergebnis, welches lediglich die gewollten Signalanteile beinhaltet.
Bevorzugt wird das Messobjekt bei der ersten Messung an seinem Eingang mit einem Messsignal mit ersten Frequenzen aus einem ersten Frequenzbereich beaufschlagt und bei der zweiten Messung an seinem Eingang mit einem Messsignal mit zweiten Frequenzen aus einem zweiten Frequenzbereich beaufschlagt. Hierbei ist der zweite Frequenzbereich unterschiedlich vom ersten Frequenzbereich.
Vorteilhafterweise wird bei einer ersten Messung nicht nur eine erste Frequenz an den Eingang des Messobjekts angelegt, sondern mehrere erste Frequenzen innerhalb eines ersten Frequenzbereichs. Beispielsweise liegt der erste Frequenzbereich zwischen 1GHz-3GHz. Ausgehend von 1GHz wird die erste Frequenz beispielsweise in äquidistanten Frequenzschritten Δf erhöht, bis 3GHz erreicht sind. Es ist denkbar, dass die Messsignale am Ausgang des Messobjekts für die jeweilig an den Eingang des Messobjekts angelegte erste Frequenz in einem Speicher abgelegt werden, damit diese für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen. Bei einer zweiten Messung werden ebenso mehrere zweite Frequenzen innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs an den Eingang des Messobjekts angelegt.
Beispielsweise liegt der zweite Frequenzbereich zwischen 3GHz-9GHz. Ausgehend von 3GHz wird die zweite Frequenz in äquidistanten Frequenzschritten Δf erhöht, bis 9GHz erreicht sind. Analog zur ersten Messung werden die Messsignale am Ausgang des Messobjekts für die jeweilig an den Eingang des Messobjekts angelegte zweite Frequenz in einem Speicher abgelegt.
Bevorzugt ist sowohl die erste als auch die zweite Messung am Ausgang des Messobjekts eine Rauschzahlmessung. Die zum Einsatz kommende Messeinheit ist vorteilhafterweise ein Vektor-Netzwerk-Analysator (VNA).
Vorteilhafterweise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Durchführen einer Rauschzahlmessung am Ausgang eines Messobjekts. Die Ermittlung der Rauschzahl eines Messobjekts dient zur Verfeinerung von Schaltungsmodellen und zur Optimierung von Sende und Empfangssystemen. Die Verwendung eines Vektor-Netzwerk-Analysators (VNA) ist insbesondere vorteilhaft, da mit einem VNA mit nur einem Messaufbau sowohl die Streuparameter (S-Parameter) als auch die Rauschzahl ermittelt werden können.
Bevorzugt wird der zumindest eine ungewollte Signalanteil durch eine harmonische Schwingung und/oder durch eine subharmonische-Schwingung im Messobjekt verursacht.
Vorteilhafterweise dient das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dazu, ungewollte Signalanteile, welche durch harmonische Schwingungen im Messobjekt verursacht werden, zu entfernen. Vor allem in Verstärkern oder frequenzumsetzenden Komponenten entstehen aufgrund von Nichtlinearitäten einzelner Bauteile und auch beim Verfahren des Frequenzumsetzens harmonische Oberschwingungen einer Grundfrequenz eines angelegten Messsignals.
Bevorzugt wird der zumindest eine ungewollte Signalanteil durch die dritte harmonische Oberschwingung verursacht.
Vorteilhafterweise erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren ungewollte Signalanteile verursacht durch die dritte harmonische Oberschwingung zu entfernen. Gerade die Signalanteile, welche durch die dritte harmonische Oberschwingung erzeugt werden, beeinflussen die Messung eines Messsignals am Ausgang eines Messobjekts signifikant.
Bevorzugt ist das durch das Verfahren zu messende Messobjekt (DUT) ein frequenzumsetzendes Messobjekt.
Bevorzugt ist die zweite Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz. Besonders bevorzugt ist die zweite Frequenz die dreifache Frequenz der ersten Frequenz. Es ist auch denkbar, dass anstatt eines Messsignals mit einer ersten Frequenz ein Messsignal mit einem ersten Frequenzbereich mit ersten Frequenzen an den Eingang des Messobjekts (DUT) angelegt wird. Analog dazu wird in einer zweiten Messung anstatt des Messsignals mit einer zweiten Frequenz ein Messsignal mit einem zweiten Frequenzbereich mit zweiten Frequenzen an den Eingang des Messobjekts (DUT) angelegt. Die zweiten Frequenzen entsprechen bevorzugt einem ganzzahligen Vielfachen der ersten Frequenzen, besonders bevorzugt dem Dreifachen der ersten Frequenzen. Der Frequenzbereich kann beispielsweise auch durch ein Kammsignal bestehend aus vielen diskreten Frequenzen im konstanten Abstand realisiert werden.
Vorteilhafterweise wird der Eingang des Messobjekts während einer zweiten Messung mit der dreifachen Frequenz der ersten Frequenz beaufschlagt, da gerade die dritten harmonischen Oberschwingungen ungewollte Singalanteile in einem Messsignal am Ausgang des Messobjekts verursachen.
Bevorzugt wird vor dem Durchführen der ersten Messung ein erstes breitbandiges Messsignal an den Eingang des Messobjekts (DUT) angelegt und die dazugehörigen Messsignale am Ausgang des Messobjekts (DUT) breitbandig gemessen.
Bevorzugt werden Messsignale am Ausgang des Messobjekts bei Überschreiten eines definierten Schwellwertes, insbesondere eines Leistungsschwellwertes, als ungewollte Signalanteile identifiziert.
Vorteilhafterweise können Signalanteile, welche einen definierten Leistungsschwellwert überschreiten einfach und ohne hohen Rechenaufwand als ungewollte Signalanteile identifiziert werden und unterdrückt werden.
Bevorzugt besteht ein Messgerät zum Messen eines Messsignals am Ausgang eines mit dem Messgerät verbundenen Messobjekts (DUT) und zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus dem Messsignal am Ausgang eines mit dem Messgerät verbundenen Messobjekts (DUT) aus zumindest einem Prozessor, einem Signalgenerator und einer Analyse-Einheit. Der Prozessor ist derart ausgebildet, dass er eine erste Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts durchführt, wobei das Messobjekt an seinem Eingang von dem Messgerät mit einer ersten Frequenz beaufschlagt wird. Der Prozessor ist des Weiteren derart ausgebildet, dass er eine zweite Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts (DUT) durchführt, wobei das Messobjekt (DUT) an seinem Eingang mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird. Diese zweite Frequenz unterscheidet sich von der ersten Frequenz. Schließlich ist der Prozessor derart ausgebildet, dass er die Messergebnisse der zweiten Messung von den Messergebnissen der ersten Messung subtrahiert.
Ein weiteres erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang eines Messobjekts (DUT), weist zunächst eine erste Messung des Messsignals mit einer Messeinheit am Ausgang des Messobjekts (DUT) auf. Dabei wird das Messobjekt an seinem ersten Eingang mit einem Messsignal mit einer ersten Frequenz beaufschlagt. Anschließend wird eine zweite Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts mit der Messeinheit durchgeführt, wobei das Messobjekt an seinem ersten Eingang mit Rauschen beaufschlagt wird. Die Messung wird in einem ersten Frequenzbereich durchgeführt. Anschließend wird eine dritte Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts mit der Messeinheit durchgeführt, wobei das Messobjekt an seinem ersten Eingang mit Rauschen beaufschlagt bleibt. Die Messung wird in einem zweiten Frequenzbereich durchgeführt. Dieser zweite Frequenzbereich unterscheidet sich von dem ersten Frequenzbereich. Schließlich werden die Messergebnisse der dritten Messung von den Messergebnissen der zweiten Messung subtrahiert, wobei dabei die Ergebnisse der Ersten Messung mit einbezogen werden.
Vorteilhafterweise werden die zweite und die dritte Messung mit einem unveränderten Messaufbau durchgeführt. Durch die Messung in einem ersten Frequenzbereich am Ausgang des Messobjekts wird ein Zwischenfrequenzsignal in der Messeinheit erzeugt, welches Signalanteile beinhaltet, die gemessen werden sollen und auch Signalanteile, welche ungewollt sind. In einer dritten Messung wird der Ausgang des Messobjekts in einem zweiten Frequenzbereich gemessen, welche derart gewählt ist, dass am Ausgang eines in der Messeinheit integrierten Mischers die ungewollten Signalanteile detektiert werden, welche bei der zweiten Messung entstehen. Die Subtraktion der dritten Messung, welche die ungewollten Signalteile beinhaltet, von der zweiten Messung, welche die gewollten und ungewollten Signalanteile beinhaltet, resultiert in einem Messergebnis, welches lediglich die gewollten Signalanteile beinhaltet.
Bevorzugt wird eine vierte Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts mit der Messeinheit durchgeführt. Dabei wird das Messobjekt an seinem ersten Eingang mit Rauschen beaufschlagt. Diese vierte Messung wird in einem dritten Frequenzbereich durchgeführt.
Vorteilhafterweise wird in der vierten Messung der Ausgang des Messobjekts in einem dritten Frequenzbereich gemessen, welche derart gewählt ist, dass am Ausgang eines in der Messeinheit integrierten Mischers die ungewollten Signalanteile detektiert werden, welche bei der zweiten Messung entstehen. Die zusätzliche Subtraktion der vierten Messung, welche die ungewollten Signalteile beinhaltet, von der zweiten Messung, welche die gewollten und ungewollten Signalanteile beinhaltet, führt zu einem nochmals verbesserten Messergebnis, welches lediglich die gewollten Signalanteile beinhaltet.
Bevorzugt wird in der ersten Messung und in der zweiten Messung ein in der Messeinheit integrierter lokaler Oszillator auf eine erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt. In der dritten Messung ist der in der Messeinheit integrierte lokale Oszillator auf eine zweite lokale Oszillatorfrequenz eingestellt.
Bevorzugt wird die zweite interne lokale Oszillatorfrequenz doppelt so groß wie die erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt.
Vorteilhafterweise erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren ungewollte Signalanteile verursacht durch die zweite harmonische Oberschwingung zu entfernen. Gerade die ungewollten Signalanteile, die zweite harmonische Oberschwingung enthalten, beeinflussen das Messergebnis eines Messobjekts signifikant. Durch die Einstellung des in der Messeinheit integrierten lokalen Oszillators auf die doppelte Frequenz im Verhältnis zu der Frequenz der ersten Messung und der zweiten Messung werden diese ungewollten Signalanteile sicher und genau gemessen.
Bevorzugt ist in der vierten Messung der in der Messeinheit integrierte lokale Oszillator auf eine dritte lokale Oszillatorfrequenz eingestellt.
Bevorzugt ist die dritte lokale Oszillatorfrequenz dreimal so groß wie die erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt.
Vorteilhafterweise erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren ungewollte Signalanteile verursacht durch die dritte harmonische Oberschwingung zu entfernen. Die dritten harmonischen Oberschwingungen beeinflussen zusätzlich das Messergebnis eines Messobjekts negativ. Durch die Einstellung des in der Messeinheit integrierten lokalen Oszillators auf die dreifache Frequenz im Verhältnis zu der lokalen Oszillatorfrequenz der ersten Messung und der zweiten Messung werden auch diese ungewollten Signalanteile sicher und genau gemessen.
Bevorzugt ist das Verfahren auch für ein frequenzumsetzendes Messobjekt vorgesehen. Zur Messung eines frequenzumsetzenden Messobjekts wird dieses an seinem zweiten Eingang mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt.
Vorteilhafterweise können Signalanteile, welche im Falle eines frequenzumsetzenden Messobjekts einen definierten Frequenzversatz aufweisen so gemessen werden, dass in den vorher gezeigten Verfahrensschritten dieser Frequenzversatz berücksichtigt ist. So lassen sich auch für frequenzumsetzende Messobjekt ungewollte Signalanteile identifizieren und unterdrücken.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Messgeräts besteht zum Messen eines Messsignals am Ausgang eines mit dem Messgerät verbundenen Messobjekts (DUT) und zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil, hervorgerufen durch einen internen Mischer und einem interner lokalen Oszillators der Messeinheit, aus dem Messsignal am Ausgang eines mit dem Messgerät verbundenen Messobjekts (DUT) aus zumindest einem Prozessor, einem ersten Signalgenerator, einem zweiten Signalgenerator und einer Analyse-Einheit. Der Prozessor ist derart ausgebildet, dass er eine erste Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts durchführt, wobei das Messobjekt an seinem ersten Eingang von dem Messgerät mit einer ersten Frequenz beaufschlagt wird.
Der Prozessor ist des Weiteren derart ausgebildet, dass er eine zweite Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts (DUT) durchführt, wobei das Messobjekt (DUT) an seinem Eingang mit Rauschen beaufschlagt wird und die Messung in einem ersten Frequenzbereich durchgeführt wird. Der Prozessor ist weiter so ausgebildet, dass er eine dritte Messung durchführt, wobei das Messobjekt (DUT) an seinem Eingang mit Rauschen beaufschlagt wird und die Messung in einem zweiten Frequenzbereich durchgeführt wird. Dieser zweite Frequenzbereich unterscheidet sich vom ersten Frequenzbereich. Schließlich ist der Prozessor derart ausgebildet, dass er die Messergebnisse der dritten Messung von den Messergebnissen der zweiten Messung unter Berücksichtigung der ersten Messung subtrahiert.
Bevorzugt ist der Prozessor ausgebildet, um eine vierte Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts durchzuführen. Dabei wird das Messobjekt an seinem ersten Eingang mit Rauschen beaufschlagt. Diese durch den Prozessor veranlasste vierte Messung wird in einem dritten Frequenzbereich durchgeführt.
Vorteilhafterweise nimmt der Prozessor eine vierte Messung in einem dritten Frequenzbereich vor, welche derart gewählt ist, dass am Ausgang eines im Messgerät integrierten Mischers die ungewollten Signalanteile detektiert werden, welche bei der zweiten Messung entstehen. Die Subtraktion des Messergebnisses der vierten Messung, welche die ungewollten Signalteile beinhaltet, von der zweiten Messung, welche die gewollten und ungewollten Signalanteile beinhaltet, führt zu einem nochmals verbesserten Messergebnis, welches lediglich die gewollten Signalanteile beinhaltet.
Bevorzugt wird in der ersten Messung und in der zweiten Messung ein in dem Messgerät integrierter lokaler Oszillator durch den Prozessor auf eine erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt. In der dritten Messung wird der in dem Messgerät integrierte lokale Oszillator auf eine zweite lokale Oszillatorfrequenz eingestellt ist.
Bevorzugt wird die zweite interne lokale Oszillatorfrequenz doppelt so groß wie die erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt.
Vorteilhafterweise erlaubt das erfindungsgemäße Messgerät ungewollte Signalanteile verursacht durch die zweite harmonische Oberschwingung aus den Messergebnissen zu entfernen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Prozessor den in dem Messgerät integrierten lokalen Oszillators auf die doppelte Frequenz im Verhältnis zu der Frequenz der ersten Messung einstellt und eine zweiten Messung mit Hilfe der Messeinheit durchführt. Somit werden die ungewollten Signalanteile sicher und genau gemessen und können dadurch entfernt werden.
Bevorzugt ist in der vierten Messung der in dem Messgerät integrierte lokale Oszillator auf eine dritte lokale Oszillatorfrequenz eingestellt.
Bevorzugt ist die dritte lokale Oszillatorfrequenz des in dem Messgerät integrierten lokalen Oszillators dreimal so groß wie die erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt.
Vorteilhafterweise erlaubt das erfindungsgemäße Messgerät ungewollte Signalanteile verursacht durch die dritte harmonische Oberschwingung zu entfernen. Der Prozessor stellte den in dem Messgerät integrierten lokalen Oszillators auf die dreifache Frequenz im Verhältnis zu der lokalen Oszillatorfrequenz der ersten Messung ein. Mit dieser Einstellung misst der Prozessor mit Hilfe der Messeinheit das ungewollte Signal im Frequenzbereich der dritten Harmonischen.
Bevorzugt ist das Messgerät auch für ein frequenzumsetzendes Messobjekt vorgesehen. Zur Messung eines frequenzumsetzenden Messobjekts wird an seinem zweiten Eingang ein Messsignal mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird.
Vorteilhafterweise können Signalanteile, welche im Falle eines frequenzumsetzenden Messobjekts einen definierten Frequenzversatz aufweisen, so gemessen werden, dass dieser Frequenzversatz von dem Prozessor berücksichtigt ist. So lassen sich auch für frequenzumsetzende Messobjekt ungewollte Signalanteile identifizieren und unterdrücken.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben. Die Bezugszeichen in 1-5 sind alle dreistellig gewählt und beginnen jeweils mit der der Figurennummer entsprechenden Zahl. Die Zehner- und Einerstellen der Bezugszeichen sind für identische Elemente in verschiedenen Figuren gleich gewählt. Beispielsweise wird die Analyse-Einheit in 3 mit dem Bezugszeichen 303 benannt, während die Analyse-Einheit in 4 mit dem Bezugszeichen 403 bezeichnet wird. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:

1 eine allgemeine Darstellung eines Messobjekts zur Erläuterung der Begriffe Rauschzahl und Rauschmaß;
2 ein Beispiel eines Messobjekts, welches einen Frequenzmischer beinhaltet;
3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messgeräts zum Entfernen ungewollter Signalanteile;
4A ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der ersten Messung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4B ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der zweiten Messung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5A ein Beispiel für ein Messsignal mit einer ersten Frequenz am Eingang eines Messobjekts und das daraus resultierende Messsignal am Ausgang des Messobjekts;
5B ein Beispiel für ein Messsignal mit einer zweiten Frequenz am Eingang eines Messobjekts und das daraus resultierende Messsignal am Ausgang des Messobjekts;
6 ein Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entfernen ungewollter Signalanteile;
7 ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der ersten Messung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
8 ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der zweiten Messung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
9A ein Beispiel eines Messsignals mit gewollten und ungewollten Rauschanteilen;
9B ein Beispiel eines Messsignals mit einer Frequenzverschiebung der ungewollten Rauschanteile;
9C ein Beispiel eines Messsignals mit resultierenden fehlerbehafteten Rauschsignalen;
9D ein Beispiel der gewollten und ungewollten Rauschanteile;
9E ein Beispiel einer Frequenzverschiebung der ungewollten Rauschanteile;
9F ein Beispiel des resultierenden korrigierten Rauschsignals;
10 ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der ersten Messung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
11 ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der zweiten Messung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
12 ein Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms für einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entfernen ungewollter Signalanteile.

1 zeigt ein Messobjekt 120, mit einem Eingang 130 und einem Ausgang 110. Zur Erläuterung der Begriffe Rauschzahl, auch Rauschfaktor genannt und des Begriffs Rauschmaß, wird als Messobjekt 120 ein elektronischer Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor G gewählt.
Dem Verstärker 120 wird an seinem Eingang 130 eine Signalleistung S₁ sowie eine Rauschleistung N₁ zugeführt. Das Verhältnis der Signalleistung S₁ zu der Rauschleistung N₁ stellt das Signal-Rauschverhältnis (Engl.: Signal to Noise Ratio, SNR) dar. Das Signal-Rauschverhältnis am Eingang ist SNR_ein=S₁/N₁.
An dem Ausgang 110 des Verstärkers 120 ist dann eine Signalleistung S₂ sowie eine Rauschleistung N₂ messbar. Das Verhältnis der Signalleistung S₂ zu der Rauschleistung N₂ stellt das Signal-Rauschverhältnis am Ausgang des Verstärkers 120 dar. Das Signal-Rauschverhältnis am Ausgang ist SNRaus=S2/N2.
Die Rauschzahl F respektive der Rauschfaktor F ergeben sich aus dem Verhältnis des Signal-Rauschverhältnisses am Eingang zum Signal-Rauschverhältnis am Ausgang, F=SNR_ein/ SNR_aus. Unter Berücksichtigung des Verstärkungsfaktors G des elektronischen Verstärkers 120 ergibt sich, F= 1/G* (N₂/N₁) . Häufig wird die Rauschzahl F logarithmisch in Dezibel (dB) angegeben und als Rauschmaß F_dB oder auch als NF (Engl.: Noise Figure, NF) bezeichnet, wobei F_dB=NF= 10*log (F).
Innerhalb eines Verstärkers kommt es zu Schwankungen des Verstärkungsfaktors. Durch einen nicht konstanten Verstärkungsfaktor kommt es zu nichtlinearen Verzerrungen eines zu verstärkenden Signals. Dadurch wird beispielsweise ein Sinussignal mit der Frequenz f₁ verzerrt, so dass ein Frequenzgemisch entsteht, welches aus dem ursprünglichen Sinussignal mit der Frequenz f₁ und zusätzlich aus den harmonischen Oberschwingungen des Sinussignals besteht. Die harmonischen Oberschwingungen sind ganzzahlige Vielfache der Originalfrequenz f₁ .
2 zeigt ein Beispiel für ein frequenzumsetzendes Messobjekt (DUT) 220, in diesem Fall einen Mischer, an welchem auch häufig Rauschzahlmessungen durchgeführt werden. Der Mischer beinhaltet einen lokalen Oszillator (LO), der eine Oszillatorfrequenz f₀ generiert bzw. einen Eingang aufweist, der an einen externen Oszillator mit der Frequenz f₀ angeschlossen werden kann. Ein Mischer besteht üblicherweise aus elektronischen Bauelementen wie Dioden und Transistoren und dient der Frequenzumsetzung von elektrischen Signalen.
Ganz allgemein kann mithilfe eines Mischers ein bestimmtes Frequenzband mit definierter Bandbreite, welches an den Eingang des Mischers angelegt wird, in ein höheres oder niedrigeres Frequenzband umgesetzt werden. Die Frequenz f₀ des lokalen Oszillators bestimmt die Mittenfrequenz der Mischung. In dem Beispiel gemäß 2 wird an den Eingang 230 des Mischers 220 ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal) angelegt, welches in ein niederfrequentes Zwischenfrequenzsignal transformiert wird und am Ausgang des Mischers 220 als Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) abgreifbar ist. Ein solcher Mischer wird als Abwärtsmischer bezeichnet.
Insbesondere beim Abwärtsmischer tritt häufig der Fall auf, dass am Ausgang des Mischers nicht nur das gewünschte Empfangssignal mit der Frequenz f_HF = f_LO +/- f_ZF vorhanden ist, sondern auch ein Spiegelsignal mit der Spiegelfrequenz f_HF,Sp = f_LO -/+ f_ZF.
Somit werden bei der Messung eines Messsignals am Ausgang eines Mischers, insbesondere bei Abwärtsmischern, auch ungewollte Signalanteile mitgemessen.
1 und 2 zeigen Beispiele für Messobjekte, welche an ihren Ausgängen Messsignale mit ungewollten Signalanteilen aufweisen. Diese ungewollten Signalanteile müssen entfernt werden, um die Messgenauigkeit einer Messung des Messsignals am Ausgang des Messobjekts zu erhöhen und eine akzeptable Messgenauigkeit, insbesondere bei der Messung der Rauschzahl, zu erzielen.
3 zeigt nun einen Messaufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang eines Messobjekts (DUT).
Der Messaufbau besteht aus einem Messgerät 300, welches einen Signalgenerator 302, einen Prozessor 301 (Engl.: Central Processing Unit, CPU) und eine Analyse-Einheit 303 umfasst. Die CPU 301 ist mit dem Signalgenerator 302 verbunden und auch mit der Analyse-Einheit 303, um die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchführen zu können. Der Signalgenerator 302 ist mit einem Ausgang 342 des Messgeräts 300 verbunden. Die Analyse-Einheit 303 ist mit einem Eingang 344 des Messgeräts 300 verbunden.
Der Ausgang 342 des Messgeräts 300 ist mit einer Messleitung 341 mit einem Eingang 330 des Messobjekts 320 (Engl.: Device Under Test, DUT) verbunden. Dies erlaubt die Beaufschlagung des Eingangs 330 des Messobjekts 320 mit einem vom Signalgenerator 302 erzeugten Messsignal. Der Eingang 344 des Messgeräts 300 ist mit einer Messleitung 343 mit einem Ausgang 310 des Messobjekts (DUT) 320 verbunden. Dies erlaubt das Zuführen des Messsignals vom Ausgang 310 des Messobjekts 320 zu der Analyse-Einheit 303, und somit die Messung des Messsignals, welches am Ausgang 310 des Messobjekts 320 anliegt.
Das in 3 dargestellte Messgerät 300, welches mit einem Messobjekt 320 verbunden ist, erlaubt mithilfe der Analyse-Einheit 303 das Durchführen einer ersten Messung eines Messsignals, welches am Ausgang 310 des Messobjekts 320 anliegt und die Beaufschlagung des Eingangs 330 des Messobjekts 320 mit einer ersten Frequenz mithilfe des Signalgenerators 302.
In weiterer Folge wird eine zweite Messung am Ausgang 310 des Messobjekts 320 mit dem dargestellten Messaufbau gemäß 3 durchgeführt, indem der Signalgenerator 302 nun eine zweite Frequenz erzeugt, mit welcher der Eingang 330 des Messobjekts 320 beaufschlagt wird.
Schließlich wird mithilfe der Analyse-Einheit 303 das Messergebnis der zweiten Messung vom Messergebnis der ersten Messung subtrahiert, um den ungewollten Signalanteil, der im Messergebnis ersten Messung vorhanden ist, zu entfernen.
Die Steuerung der Verfahrensschritte wird von der CPU 301 übernommen, welche sowohl mit dem Signalgenerator 302 als auch mit der Analyse-Einheit 303 verbunden ist.
4A zeigt ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der ersten Messung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Rauschzahl F bzw. das Rauschmaß NF in einem ersten Frequenzbereich von 1GHz-3GHz soll am Ausgang 410 des Messobjekts 420, beispielsweise einem elektronischen Verstärker, ermittelt werden. Aufgrund von bereits beschriebenen Verstärkereigenschaften entstehen im Verstärker 420 die dritten harmonischen Oberwellen des an seinem Eingang 430 jeweils angelegten Messsignals. Das Messsignal am Ausgang 410 des Verstärkers 420 beinhaltet daher ungewollte Signalanteile verursacht von den dritten harmonischen der ersten Frequenzen am Eingang 430 des Verstärkers 420. Bei einem ersten Frequenzbereich von beispielsweise 1GHz-3GHz liegen die im Verstärker 420 erzeugten dritten harmonischen Oberwellen im Frequenzbereich von 3GHz-9GHz.
Die CPU ist nicht eingezeichnet. Es wird aber vorausgesetzt, dass die CPU die entsprechenden Steuerschritte durchführt und überwacht, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Der Signalgenerator 402 erzeugt in einer ersten Messung ein Messsignal der ersten Frequenz von 1GHz und erhöht die Frequenz in definierten Zeitschritten, bevorzugt in äquidistanten Zeitschritten Δt um definierte Frequenzschritte, bevorzugt um äquidistante Frequenzschritte Δf bis zu einer Frequenz von 3GHz.
Zur klaren Darlegung des Verfahrens, wird das Verfahren anhand eines Messsignal mit einer ersten Frequenz von 1GHz beschrieben. Für eine um einen Frequenzschritt n*Δf erhöhte erste Frequenz, ist analog zu verfahren, wobei n eine ganze Zahl ist.
Das vom Signalgenerator 402 erzeugt Messsignal mit einer Frequenz von 1GHz wird dem Verstärker 420 an seinem Eingang 430 zugeführt. Aufgrund von Nicht-Linearitäten innerhalb des Verstärkers 420 entstehen im Verstärker 420 dritte harmonische Oberwellen mit einer Frequenz von 3GHz, welche am Ausgang 410 des Verstärkers 420 zu ungewollten Signalanteilen führen. Somit ist am Ausgang 410 des Verstärkers 420 ein Messsignal mit einem 1GHz Signalanteil sowie einem ungewollten Signalanteil verursacht von den dritten Harmonischen Oberschwingungen mit 3GHz vorhanden.
Dieses Messsignal am Ausgang 410 des Verstärkers 420 wird der Analyse-Einheit 403 zugeführt, welche in der Lage ist, den Signalanteil verursacht durch das Messsignal von 1GHz, welches vom Signalgenerator 402 erzeugt wird, zu unterdrücken. Um das vom Signalgenerator 402 erzeugte Messsignal unterdrücken zu können, wird das vom Signalgenerator 402 erzeugte Messsignal nicht nur dem Eingang 430 des Messobjekts 420 zugeführt, sondern das Messsignal wird auch direkt der Analyse-Einheit 403 zugeführt. Beispielsweise ist eine Kreuzkorrelations-Funktionalität innerhalb der Analyse-Einheit 403 in der Lage, das vom Signalgenerator 402 erzeugte Messsignal aus dem Messsignal am Ausgang 410 des Messobjekts 420 herauszufiltern bzw. zu unterdrücken. Es verbleibt ein Messsignal, welches den ungewollten Signalanteil verursacht durch die harmonischen Oberwellen im Verstärker 420 aufweist. Dieses verbleibende Messsignal wird schließlich der Speichereinheit 425 zugeführt.
4B zeigt ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der zweiten Messung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die CPU ist nicht eingezeichnet. Es wird aber vorausgesetzt, dass die CPU die entsprechenden Steuerschritte durchführt und überwacht, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Der Signalgenerator 402 erzeugt in einer zweiten Messung ein Messsignal mit der zweiten Frequenz von 3GHz und erhöht die Frequenz in definierten Zeitschritten, bevorzugt in äquidistanten Zeitschritten Δt um definierte Frequenzschritte, bevorzugt um äquidistante Frequenzschritte Δf bis zu einer Frequenz von 9GHz.
Zur klaren Erläuterung der zweiten Messung wird analog zur ersten Messung das Verfahren nur für eine zweite Frequenz von 3 GHz beschrieben, für jede weitere zweite Frequenz ist analog zu verfahren.
Das vom Signalgenerator 402 erzeugte Messsignal mit 3GHz wird dem Messobjekt 420, also im Beispiel dem Verstärker, an seinem Eingang 430 zugeführt. Aufgrund von Nicht-Linearitäten innerhalb des Verstärkers 420 entstehen im Verstärker 420 dritte harmonische Oberwellen mit einer Frequenz von 9GHz, welche am Ausgang 410 des Verstärkers 420 zu ungewollten Signalanteilen führen. Dieser ungewollte Signalanteil kann bei der zweiten Messung aber vernachlässigt werden bzw. sie fällt ohnehin nicht mehr in die Nutzbandbreite des Verstärkers 420.
Das Messsignal mit 3GHz am Ausgang des Verstärkers 420 wird in dieser zweiten Messung der Analyse-Einheit 403 zugeführt, ohne in der Analyse-Einheit durch eine entsprechende Funktionalität unterdrückt zu werden. Es verbleibt ein Messsignal, welches einen Signalanteil mit 3GHz beinhaltet. Dieses verbleibende Messsignal wird schließlich der Speichereinheit 425 zugeführt.
Schließlich erfolgt eine Subtraktion des Messergebnisses der zweiten Messung mit der zweiten Frequenz von 3GHz, welches in der Speichereinheit 425 abgespeichert ist, von dem Messergebnis der ersten Messung mit der ersten Frequenz von 1GHz, welches ebenfalls in der Speichereinheit 425 abgespeichert ist. Durch die Differenzbildung wird zumindest ein ungewollter Signalanteil, nämlich jener, der durch die dritte harmonische Oberwelle des 1GHz Signals versuracht wird, aus dem Messsignal am Ausgang 410 des Messobjekts 420 entfernt.
Diese Methodik ist für jede erste Frequenz innerhalb eines ersten Frequenzbereichs und für jede zweite Frequenz innerhalb eines zweiten Frequenzbereichs analog durchzuführen. Es können in der ersten Messung mehrere erste Frequenzen in einem ersten Frequenzbereich an den Eingang 430 des Verstärkers 420 angelegt werden und die entsprechenden Messsignale am Ausgang 410 des Verstärkers 420 ermittelt und in der Speichereinheit 425 abgelegt werden. Ebenso wird dann die zweite Messung mit mehreren zweiten Frequenzen im zweiten Frequenzbereich durchgeführt, die entsprechenden Messsignale am Ausgang 410 des Verstärkers 420 ermittelt und in der Speichereinheit 425 abgelegt. Dann werden die Messergebnisse der zweiten Messung von den Messergebnissen der ersten Messung subtrahiert.
5A zeigt in der Darstellung 500A ein Messsignal 550, welches gemäß dem Messaufbau in 4A mit dem Signalgenerator 402 in einer ersten Messung erzeugt wird. Die Darstellung zeigt ein Sinussignal mit einer Frequenz f₁ in der Spektraldarstellung.
5A zeigt in Darstellung 501A das Messsignal am Ausgang 410 des Messobjekts 420 ebenfalls in Spektraldarstellung. Das Messsignal beinhaltet ein Signal 551 mit der Frequenz f₁ , welches das verstärkte Eingangssignal 550 darstellt und auch die Frequenz f₁ aufweist. Das Signal 551 ist strichliert dargestellt, da das Signal 551 in der Analyse-Einheit 403 unterdrückt wird und nicht weiter berücksichtigt wird. Zusätzlich ist das Signal 552 dargestellt mit der Frequenz 3f₁ . Aufgrund von Nicht-Linearitäten, welche im Verstärker durch Bauelemente, welche nicht ideal sind, erzeugt werden, wird von dem am Eingang 430 des Verstärkers 420 angelegten Messsignal die dritte harmonische Oberwelle im Verstärker erzeugt und verursacht somit ungewollte Signalanteile 552 im Messsignal am Ausgang 410 des Verstärkers 420. Dem Messsignal am Ausgang 410 ist ein Rauschen 553 überlagert, welches im Verstärker 420 erzeugt wird. Jene ungewollten Signalanteile 552 führen zu einer Ungenauigkeit bei der Messung der Rauschzahl bzw. des Rauschmaßes und sind daher nicht gewollt.
5B zeigt in der Darstellung 500B ein Messsignal 560, welches mit dem Messaufbau in 4B mit dem Signalgenerator 402 in einer zweiten Messung erzeugt wird. Die Darstellung zeigt ein Sinussignal 560 mit einer Frequenz 3f₁ in der Spektraldarstellung. Dieses Messsignal mit der zweiten Frequenz 3f₁ entspricht der dreifachen Frequenz der ersten Frequenz f₁ und somit der dritten harmonischen Oberwelle, welche bei der ersten Messung im Verstärker 420 erzeugt wird.
In 5B zeigt Darstellung 501B das Messsignal am Ausgang 410 des Messobjekts 420 ebenfalls in Spektraldarstellung. Das Messsignal beinhaltet ein Signal 561 mit der Frequenz 3f₁ , welches das verstärkte Eingangssignal 560 darstellt, welches auch die Frequenz 3f₁ aufweist. Wenn nun das Messergebnis der zweiten Messung wie in Darstellung 501B dargestellt von dem Messergebnis der ersten Messung wie in Darstellung 501A gezeigt subtrahiert wird, dann werden die ungewollten Signalanteile 552 entfernt. Somit bleibt nur mehr das Rauschen 553 übrig und eine hinreichend genaue Ermittlung der Rauschzahl kann durchgeführt werden.
Es sei erwähnt, dass meist weitere Oberschwingungen im Messobjekt, z.B. im Mischer oder Verstärker, erzeugt werden und somit weitere ungewollte Signalanteile am Ausgang des Messobjekts auftreten. Die weiteren ungewollten Signalanteile in Bezug auf den ungewollten Signalanteil, welcher durch die dritte Oberschwingung verursacht ist, können aber meist vernachlässigt werden. Somit erlaubt die Entfernung der ungewollten Signalanteile verursacht durch die dritte harmonische Oberschwingung eine hinreichend genaue Messung der Rauschzahl, ohne teure Messgeräte verwenden zu müssen und ohne hohe Messzeiten in Kauf nehmen zu müssen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Flussdiagramms für das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang 310 eines Messobjekts (DUT) 320.
In einem ersten Verfahrensschritt 600 wird eine erste Messung eines Messsignals mit einer Messeinheit am Ausgang 310 des Messobjekts (DUT) 320 durchgeführt. Bevorzugt ist die durchgeführte Messung eine Rauschzahlmessung und die Messeinheit ein Vektor-Netzwerk-Analysator (VNA). Am Eingang 330 des Messobjekts (DUT) 320 wird ein Messsignal mit einer ersten Frequenz angelegt. Es ist auch denkbar, dass die erste Frequenz die untere Frequenz eines ersten Frequenzbereichs bildet, und dass diese erste Frequenz in definierten Zeitabständen Δt schrittweise um einen definierten Frequenzwert Δf erhöht wird bis zu einer oberen Frequenz des ersten Frequenzbereichs. Beispielsweise ist die untere Frequenz eines ersten Frequenzbereichs zwischen 1GHz-3GHz, 1GHz. Die untere Frequenz wird in einem definierten Zeitabstand Δt um beispielsweise 0,1GHz erhöht zu 1,1GHz, 1,2GHz, 1,3GHz, usw. bis schließlich die obere Frequenz 3GHz erreicht ist. Die Frequenzschritte Δf und auch die Zeitabstände Δt können je nach geforderter Genauigkeit gewählt werden.
In einem zweiten Verfahrensschritt 601 wird eine zweite Messung des Messsignals am Ausgang 310 des Messobjekts 320 mit der Messeinheit durchgeführt. Während dieser zweiten Messung wird das Messobjekt 320 an seinem Eingang 310 mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt. Die zweite Frequenz unterscheidet sich von der ersten Frequenz, welche während der ersten Messung an den Eingang 310 des Messobjekts 320 angelegt ist.
Analog zu der ersten Messung ist auch denkbar, dass die zweite Frequenz die untere Frequenz eines zweiten Frequenzbereichs bildet, und dass diese zweite Frequenz in definierten Zeitabständen Δt schrittweise um einen definierten Frequenzwert Δf erhöht wird bis zu einer oberen Frequenz des zweiten Frequenzbereichs. Bevorzugt ist die zweite Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches m der ersten Frequenz, insbesondere das Dreifache (m=3) der ersten Frequenz. Beispielsweise beträgt die untere Frequenz des zweiten Frequenzbereichs (m*1GHz-m*3GHz) basierend auf einem ersten Frequenzbereich (1GHz-3GHz), m*1GHz. Die untere Frequenz wird in einem definierten Zeitabstand Δt um beispielsweise m*0,1GHz erhöht. Unter der Annahme, dass m=3 gewählt wird, zu 3,3GHz, 3,6GHz, 3,9GHz, usw. bis schließlich die obere Frequenz von 9GHz erreicht ist.
Die Frequenzschritte Δf und auch die Zeitabstände Δt können je nach geforderter Genauigkeit gewählt werden.
Schließlich werden in einem letzten Verfahrensschritt 602 die Messergebnisse der zweiten Messung von den Messergebnissen der ersten Messung abgezogen. Für den Fall, dass zwischen einem definierten Messbereich, beispielsweise zwischen 1GHz-3GHz gemessen wird, wird immer zu jeder ersten Messung von beispielsweise 1GHz, 1,1GHz, 1,2GHz, usw. eine zweite Messung für beispielsweise m=3, mit 3GHz, 3,3GHz, 3,6GHz, usw. durchgeführt. Das Messergebnis der Messung mit beispielsweise 3GHz wird vom Messergebnis mit 1GHz abgezogen, das Messergebnis mit 3,3GHz wird von dem Messergebnis mit 1,1GHz abgezogen, das Messergebnis mit 3,6GHz wird vom Messergebnis mit 1,2GHz abgezogen usw.
7 zeigt ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der ersten Messung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Verstärkung des Messobjekts 720 soll bei einer ersten Frequenz von beispielsweise 1GHz in dieser ersten Messung ermittelt werden.
Aufgrund von bereits beschriebenen Eigenschaften von Mischern entstehen durch in einem Messgerät eingesetzte Mischer harmonischen Oberwellen des lokalen Oszillatorsignals. Außerdem entstehen, wie bereits beschrieben, Mischprodukte der am Eingang 744 angelegten Messsignale. Das im Messgerät verarbeitete Messsignal beinhaltet daher ungewollte Signalanteile, verursacht von den Harmonischen des messgerätinternen lokalen Oszillator Signals, die mit Frequenzen am Eingang 744 des Messgeräts ungewollte Mischprodukte erzeugen. Durch eine wie folgt beschriebene Konfiguration des in der ersten Messung zur Anwendung kommenden Messgeräts 700 werden die oben genannten Störprodukte weitgehend unterdrückt.
Ein Signalgenerator, der integraler Bestandteil des Messgerätes 700 ist, erzeugt in der ersten Messung ein Messsignal 741 der ersten Frequenz von 1GHz.
Das erste Messsignal 741 wird über einen ersten Anschluss 742 des Messgeräts 700 einem ersten Eingang 730 des Messobjekts 720 zugeführt.
Das Messsignal 743, das am Ausgang 710 des Messobjekts 720 anliegt, wird durch das Messgerät 700 an seinem Messeingang 744 aufgenommen. Das Messgerät 700 ist dabei so ausgelegt, dass die Messung selektiv erfolgt. Aus einer Pegeldifferenz zwischen Eingang 744 und Ausgang 742 des Messgeräts 700 wird eine Verstärkung oder eine Dämpfung des Messobjekts 720 bei der oben genannten Frequenz ermittelt. Der so ermitteltet Verstärkungs-/Dämpfungs-Wert über die Frequenz wird vorzugsweise als S- Parameter dargestellt. Weitere mögliche Darstellungsformen sind X-Parameter, Z-Parameter oder eine skalare Darstellung der Verstärkung. Die Messergebisse werden zur Weiterverarbeitung in einer Speichereinheit, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist, abgelegt.
8 zeigt ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der zweiten, der dritten und der vierten Messung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der erste Eingang 730 des Messobjekts 720 ist in der zweiten Messung mit einem Abschlusselement 770 abgeschlossen. Im Allgemeinen kommt hier ein Abschlusswiderstand zum Einsatz mit einer Impedanz von 50 Ohm, 75 Ohm oder eine dem Wellenwiderstand angepasste Impedanz zum Einsatz. Dieses Abschlusselement 770 dient neben einem optimalen Impedanz-Abschluss des ersten Eingangs 730 des Messobjekts 720 auch als Rauschquelle. Das durch das Abschlusselement 770 verursachte Rauschsignal 753 wird in den ersten Eingang 730 des Messobjekts 720 eingespeist.
Im Falle eines 50 Ohm Abschlusselements ergibt sich eine Signalleistung des Rauschsignals von
P_N=(-174+10*log(B))dBm, wobei B die Bandbreite des Signals ist. Daraus ergibt sich für eine Bandbreite von 2 GHz ein Rauschpegel von -81dBm.
Der Ausgang des Messobjekts 710 und der Eingang 744 des Messgeräts 700 bleiben ebenfalls entsprechend der ersten Messung verbunden. Die Empfangseinheit des Messgeräts 700, die zur Vereinfachung des Blockschaltbilds nicht dargestellt ist, wird in dieser zweiten Messung auf die zu messende Frequenz eingestellt. Durch einen Mischer am Eingang der Empfangseinheit in Verbindung mit dem lokalen Oszillator der Empfangseinheit ergibt sich eine harmonische Schwingung bei einer messgeräteinternen Zwischenfrequenz. In diesem Beispiel ist die eingestellte Frequenz 1GHz. Ausgehend von dieser Einstellung wird nun das Ausgangssignal 743 des Messobjekts in einem ersten Frequenzbereich gemessen. Dieses gemessene Signal 743 der zweiten Messung beinhaltet nun das Rauschsignal im Bereich von 1GHz. Damit sind die Rauschsignale um die gewünschte Grundfrequenz und die Rauschsignale der ungeradzahligen Harmonischen in einem Rauschsignalgemisch enthalten. Die gemessenen Rauschsignale der zweiten Messung werden ebenfalls zur Weiterverarbeitung in der Speichereinheit abgelegt.
Dieses Rauschsignalgemisch ist durch die oben beschriebenen Rauschanteile, verursacht durch die ungeradzahligen Harmonischen, stark fehlerbehaftet. Daher wird eine dritte Messung durchgeführt. Der Aufbau zu dieser dritten Messung bleibt unverändert zur zweiten Messung, siehe 8.
Zur dritten Messung wird jedoch die Empfangseinheit des Messgeräts 700 so eingestellt, dass der lokale Oszillator der Empfangseinheit auf der doppelten Frequenz der in der ersten Messung eingestellten Frequenz schwingt. Die Messung gefolgt somit in einem zweiten Frequenzbereich. In diesem Beispiel ist somit die eingestellte Frequenz 2GHz. Das Ausgangssignal 743 des Messobjekts wird gemessen. Dieses gemessene Signal 743 der zweiten Messung beinhaltet nun das Rauschsignal ab 2GHz. Dabei ist das Rauschsignal um die gewünschte Grundfrequenz nicht mehr im gemessenen Rauschsignal enthalten. Die Rauschsignale der geradzahligen Harmonischen sind komplett in dem gemessenen Rauschsignalgemisch enthalten. Auch die gemessenen Rauschsignale der dritten Messung werden zur Weiterverarbeitung in der Speichereinheit abgelegt.
Zur vierten Messung wird die Empfangseinheit des Messgeräts 700 so eingestellt, dass der lokale Oszillator der Empfangseinheit auf der dreifachen Frequenz der in der ersten Messung eingestellten Frequenz schwingt. Die Messung gefolgt somit in einem dritten Frequenzbereich. In diesem Beispiel ist somit die eingestellte Frequenz 3GHz. Das Ausgangssignal 743 des Messobjekts wird gemessen. Dieses gemessene Signal 743 der dritten Messung beinhaltet nun das Rauschsignal um 3GHz und um die weiteren Vielfachen der dritten Harmonischen. Dabei ist das Rauschsignal weder um die gewünschte Grundfrequenz noch um die zweite und vierte Harmonische der Grundfrequenz im gemessenen Rauschsignal enthalten. Die Rauschsignale der ungeradzahligen Harmonischen sind komplett in dem gemessenen Rauschsignalgemisch enthalten. Auch die gemessenen Rauschsignale der dritten Messung werden zur Weiterverarbeitung in der Speichereinheit abgelegt.
In einer Auswerteeinheit des Messgerätes 700 erfolgt schließlich eine Subtraktion der gespeicherten Messergebnisse der dritten Messung im zweiten Frequenzbereich und der vierten Messung im dritten Frequenzbereich, von den gespeicherten Messergebnissen der zweiten Messung im ersten Frequenzbereich, in diesem Beispiel von 1GHz aufwärts. Dabei wird ein eventuell auftretender Frequenzversatz der dritten Messung so angepasst, dass die Frequenzen der zweiten und dritten Messung miteinander korrespondieren. Durch die Differenzbildung wird zumindest ein ungewollter Signalanteil, im Bereich der harmonischen Oberwellen entfernt.
Die Auswerteeinheit kompensiert außerdem in den aus der Differenzbildung resultieren Messergebnissen die systematischen Fehler, die durch die Verstärkung des Messobjekts 720 vorhanden sind. Die verstärkungsabhängigen Abweichungen müssen kompensiert werden, da die zu ermittelnde Rauschzahl einen von einer Verstärkung unabhängigen Parameter darstellt.
9A zeigt ein Beispiel eines Diagramms eines Messsignals 910 der ersten Messung. Neben dem durch das Messobjekt verstärkten oder bedämpften Messsignal 910 weist das Ausgangssignal des Messobjekts 710 Rauschanteile 920, 930 und 940 auf. Der erste Rauschanteil 920 entsteht im Bereich der Grundfrequenz fc. Dieser erste Rauschanteil 920 besteht aus dem Rauschsignal des Messobjekts 720 und einem Rauschanteil des Messobjekts 720 bei der Spiegelfrequenz des im Messgerät integrierten Mischers.
Ein weiterer Rauschanteil liegt im Bereich der ersten Oberwelle, bzw. der zweiten Harmonischen des Grundfrequenz f_C . Noch ein weiterer Rauschanteil liegt im Bereich der zweiten Oberwelle, bzw. der dritten Harmonischen des Grundfrequenz fc.
9B zeigt die Verschiebung der Rauschanteile durch den in das Messgerät 700 integrierten Mischer auf die Grundfrequenz f_C das Messsignal 910. Mit der Verschiebung in der Frequenz überlagern sich die Rauschsignale.
9C zeigt das Signal, das in der ersten Messung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemessene Signal. Neben dem Messsignal 910 detektiert das Messgerät 700 ein Rauschsignal 950. Dieses Rauschsignal setzt sich wie beschrieben aus dem Rauschen, das durch das Messobjekt 720 erzeugt wird, und zusätzliche ungewollte Rauschsignale zusammen. Dieses Signalgemisch lässt sich am Ausgang des im Messgerät 700 integrierten Mischers nicht trennen.
9D zeigt ein Beispiel eines Diagramms einer Rauschsignalverteilung am Ausgang 710 des Messobjekts 720 bei angeschlossener Rauschquelle 770. Neben dem durch das Messobjekt verstärkten oder bedämpften Rauschsignal 960 weist das Ausgangssignal 710 des Messobjekts 720 weitere Rauschanteile 970 und 980 auf. Der erste Rauschanteil 960 ist im Bereich der Grundfrequenz fc. Dieser erste Rauschanteil 960 besteht aus einem Rauschsignal des Messobjekts 720 und einem Rauschanteil, das durch Spiegelung des im Messgerät 700 integrierten Mischers an der Zwischenfrequenz entsteht. Ein weiterer Rauschanteil 970 liegt im Bereich der ersten Oberwelle, bzw. der zweiten Harmonischen des Grundfrequenz fc. Noch ein weiterer Rauschanteil 980 liegt im Bereich der zweiten Oberwelle, bzw. der dritten Harmonischen des Grundfrequenz fc.
9E zeigt die Verschiebung der Rauschanteile durch den in das Messgerät 700 integrierten Mischer auf die Grundfrequenz f_C des Messsignals 910. Mit der Verschiebung in der Frequenz überlagern sich die Rauschsignale zu einem in der zweiten Messung gemessenen Rauschsignal 990. Dieses Signalgemisch lässt sich durch herkömmliche Mittel nicht trennen. Somit kommt das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz. Hierzu wird in einer dritten Messung der Rauschanteil 970, wie bereits beschrieben, im Bereich der zweiten Harmonischen gemessen. Außerdem wird in einer vierten Messung der Rauschanteil 980 im Bereich der dritten Harmonischen gemessen. Nun werden die Rauschsignalanteile 970 und 980 der dritten und vierten Messung vom Rauschsignal 990 der zweiten Messung subtrahiert.
9F zeigt das Rauschsignal 990, das durch das erfindungsgemäße Verfahren gemessen wird. Wie zu erkennen ist, wurden durch das Verfahren die ungewünschten Rauschanteile entfernt, so dass lediglich der gewollte Rauschanteil gemessen wird.
10 zeigt ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der ersten Messung der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Verstärkung oder Dämpfung eines frequenzumsetzenden Messobjekts 720 soll bei einer ersten Frequenz von beispielsweise 1GHz in dieser ersten Messung ermittelt werden.
Wie bereits zum zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, entstehen durch in einem Messgerät 700 eingesetzte Mischer harmonischen Oberwellen des lokalen Oszillatorsignals. Die durch diese Oberwellen auf das zu messende Rauschsignal übertragene Rauschanteile verfälschen das Messergebnis und müssen deshalb unterdrückt werden.
Ein Signalgenerator, der integraler Bestandteil des Messgerätes 700 ist, erzeugt in der ersten Messung ein Messsignal 741 der ersten Frequenz von 1GHz.
Das erste Messsignal 741 wird über einen ersten Anschluss 742 des Messgeräts 700 einem ersten Eingang 730 des Messobjekts 720 zugeführt. Der zweite Eingang 751 des Messobjekts 720 ist mit einem zweiten Ausgang 752 des Messgeräts 700 verbunden. Über diese Verbindung wird dem Messobjekt ein Messsignal 750 mit einer zweiten fixen Frequenz, ein externes lokales Oszillator Signal 750, zugeführt. Dieses externe lokale Oszillator Signal 750 wird durch einen weiteren im Messgerät 700 integrierten Signalgenerator erzeugt. Das eingespeiste Messsignal 750 hat einen Pegel, der geeignet ist, das frequenzumsetzende Messobjekt 720, hier im Beispiel ein Mischer, entsprechend den Spezifikationen ausreichend anzusteuern.
Das Messsignal 743, das am Ausgang 710 des Messobjekts 720 anliegt, wird durch das Messgerät 700 an seinem Messeingang 744 aufgenommen. Das Messgerät 700 ist dabei so ausgelegt, dass die Messung selektiv erfolgt. Aus einer Pegeldifferenz zwischen Eingang 744 und Ausgang 742 des Messgeräts 700 wird eine Verstärkung oder eine Dämpfung des Messobjekts 720 bei der oben genannten Frequenz ermittelt. Der so ermitteltet Verstärkungs-/Dämpfungs-Wert über die Frequenz wird vorzugsweise als S- Parameter dargestellt. Weitere mögliche Darstellungsformen sind X-Parameter, Z-Parameter oder eine skalare Darstellung der Verstärkung. Die Messergebisse werden zur Weiterverarbeitung in einer Speichereinheit, die zur Vereinfachung nicht dargestellt ist, abgelegt.
11 zeigt ein Blockdiagram zur näheren Erläuterung der zweiten, der dritten und der vierten Messung der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der erste Eingang 730 des Messobjekts 720 ist in der zweiten Messung mit einem Abschlusselement 770 abgeschlossen. Im Allgemeinen kommt hier ein Abschlusswiderstand zum Einsatz, z.B. mit einer Impedanz von 50 Ohm, 75 Ohm oder eine dem Wellenwiderstand angepasste Impedanz wie im zweiten Ausführungsbeispiel erläutert. Der zweiten Eingang 751 des Messobjekts bleibt mit dem zweite Ausgang 752 des Messgeräts 700 verbunden und es wird das zweite Messsignal 750 mit den gleichen Parametern aus der ersten Messung eingespeist.
Der Ausgang des Messobjekts 710 und der Eingang 744 des Messgeräts 700 bleiben ebenfalls entsprechend der ersten Messung verbunden. Die Empfangseinheit des Messgeräts 700, die zur Vereinfachung des Blockschaltbilds nicht dargestellt ist, wird in dieser zweiten Messung auf harmonische Schwingung einer messgeräteinternen Zwischenfrequenz eingestellt. In diesem Beispiel ist die eingestellte Frequenz 1GHz. Ausgehend von dieser Einstellung wird nun das Ausgangssignal 743 des Messobjekts in einem ersten Frequenzbereich gemessen. Dieses gemessene Signal 743 der zweiten Messung beinhaltet nun das Rauschsignal im Bereich von 1GHz. Damit sind die Rauschsignale um die gewünschte Grundfrequenz und die Rauschsignale im Bereich der weiteren Harmonischen in einem Rauschsignalgemisch enthalten. Die gemessenen Rauschsignale der zweiten Messung werden ebenfalls zur Weiterverarbeitung in der Speichereinheit abgelegt.
Die Rauschanteile der im Bereich der weiten Harmonischen verursachen Fehler in der Rauschmessung. Daher wird eine dritte Messung durchgeführt. Der Aufbau zu dieser dritten Messung bleibt unverändert zur zweiten Messung, siehe 10.
Zur dritten Messung wird die Empfangseinheit des Messgeräts 700 so eingestellt, dass der lokale Oszillator der Empfangseinheit auf der doppelten Frequenz der in der ersten Messung eingestellten Frequenz schwingt. Die Messung gefolgt somit in einem zweiten Frequenzbereich. In diesem Beispiel ist somit die eingestellte Frequenz 2GHz. Das Ausgangssignal 743 des Messobjekts wird gemessen. Dieses gemessene Signal 743 der zweiten Messung beinhaltet nun das Rauschsignal ab 2GHz. Dabei ist das Rauschsignal um die gewünschte Grundfrequenz nicht mehr im gemessenen Rauschsignal enthalten. Die Rauschsignale der geradzahligen Harmonischen sind komplett in dem gemessenen Rauschsignalgemisch enthalten. Auch die gemessenen Rauschsignale der dritten Messung werden zur Weiterverarbeitung in der Speichereinheit abgelegt.
Zur vierten Messung wird die Empfangseinheit des Messgeräts 700 so eingestellt, dass der lokale Oszillator der Empfangseinheit auf der dreifachen Frequenz der in der ersten Messung eingestellten Frequenz schwingt. Die Messung gefolgt somit in einem dritten Frequenzbereich. In diesem Beispiel ist somit die eingestellte Frequenz 3GHz. Das Ausgangssignal 743 des Messobjekts wird gemessen. Dieses gemessene Signal 743 der dritten Messung beinhaltet nun das Rauschsignal um 3GHz und um die weiteren Vielfachen der dritten Harmonischen. Dabei ist das Rauschsignal weder um die gewünschte Grundfrequenz noch um die zweite und vierte Harmonische der Grundfrequenz im gemessenen Rauschsignal enthalten. Die Rauschsignale der ungeradzahligen Harmonischen sind komplett in dem gemessenen Rauschsignalgemisch enthalten. Auch die gemessenen Rauschsignale der dritten Messung werden zur Weiterverarbeitung in der Speichereinheit abgelegt.
In einer Auswerteeinheit des Messgerätes 700 erfolgt schließlich eine Subtraktion der gespeicherten Messergebnisse der dritten Messung im zweiten Frequenzbereich und der vierten Messung im dritten Frequenzbereich, von den gespeicherten Messergebnissen der zweiten Messung im ersten Frequenzbereich, in diesem Beispiel von 1GHz aufwärts. Dabei wird ein eventuell auftretender Frequenzversatz der dritten Messung so angepasst, dass die Frequenzen der zweiten und dritten Messung miteinander korrespondieren. Durch die Differenzbildung wird ein ungewollter Signalanteil im Bereich der harmonischen Oberwellen entfernt.
Die Auswerteeinheit kompensiert außerdem in den aus der Differenzbildung resultieren Messergebnissen die systematischen Fehler, die durch die Verstärkung des Messobjekts 720 vorhanden sind. Die verstärkungsabhängigen Abweichungen müssen kompensiert werden, da die zu ermittelnde Rauschzahl einen von einer Verstärkung unabhängigen Parameter darstellt.
12 zeigt ein einFlussdiagramm zum zweiten Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang 710 eines Messobjekts (DUT) 720.
In einem ersten Verfahrensschritt 1000 wird eine erste Messung eines Messsignals mit einer Messeinheit am Ausgang 710 des Messobjekts (DUT) 720 durchgeführt. Bevorzugt ist die durchgeführte Messung eine Rauschzahlmessung und die Messeinheit ein Vektor-Netzwerk-Analysator (VNA). Am ersten Eingang 730 des Messobjekts wird ein Messsignal 741 mit einer ersten Frequenz angelegt.
In der Messung werden zu jeder eingestellten ersten Frequenz ein Messwert erfasst und abgespeichert. Bei diesen Messwerten handelt es sich vorzugsweise um einen vorwärts S- Parameter. Auch eine Messung der Verstärkung und andere Parameter- Darstellung können eingesetzt werden.
Es ist beispielsweise auch denkbar, dass die erste Frequenz die Start-Frequenz eines ersten Frequenzgangs des Messobjekts bildet, und dass diese erste Frequenz in definierten Zeitabständen Δt schrittweise um einen definierten Frequenzwert Δf erhöht wird bis eine oberen Stopp- Frequenz des ersten Frequenzbereichs erreicht ist. Als Start Frequenz kann beispielsweise 1GHz und als Stopp-Frequenz kann beispielsweise 3GHz definiert werden. Daraus ergibt sich ein erster Frequenzgang im Bereich von 1GHz bis 3GHz. Die Schrittweite der Frequenz legt dabei die Frequenzauflösung in einer gemessenen Messkurve fest. Die Zeitabstände zwischen Frequenzänderungen Δt werden in Abhängigkeit der Eischwingzeiten der Messgerät 700 und des Messobjekts 720 festgelegt. Hier sind insbesondere in der Messeinheit enthaltenen Signalgeneratoren und Analyseeinheiten zu nennen.
In einem zweiten Verfahrensschritt 1001 wird eine zweite Messung des Messsignals am Ausgang 710 des Messobjekts 720 mit der Messeinheit durchgeführt. Während dieser zweiten Messung wird das Messobjekt 720 an seinem Eingang 730 mit einem Rauschsignal 753 beaufschlagt. Zum Erzeugen dieses Rauschsignals wird der Eingang 730 des Messobjekts 700 von der Verbindung zur Messeinheit getrennt und mit Abschlusselement 770 abgeschlossen. Es wird keine weitere Rauschquelle außer dem Eigenrauschen des Abschlusselements 770 benötigt.
Der in der Messeinheit integrierte Empfänger, der das Messsignal 743 über den Eingang der Messeinheit aufnimmt, wird auf eine erste zu messende Frequenz eingestellt. Diese erste zu messende Frequenz entspricht der ersten Harmonischen einer zu empfangenden Frequenz. In diesem Beispiel wird als zu messende erste Frequenz 1 GHz gewählt. Der in der Messeinheit integrierte Empfänger misst die Rauschleistung in einem ersten Frequenzbereich ab 1GHz. Die obere Grenze des ersten Frequenzbereichs liegt höher als die dritte harmonische Frequenz, vorzugsweise höher als die fünfte Harmonische Frequenz der zu messenden ersten Frequenz. Die Messergebnisse werden wieder in einer Speichereinheit der Messeinheit abgelegt.
In einem dritten Verfahrensschritt 1002 beleibt der Messaufbau unverändert. Der in der Messeinheit integrierte Empfänger, der das Messsignal 743 über den Eingang der Messeinheit aufnimmt, wird auf eine zweite zu messende Frequenz eingestellt. Diese zweite zu messende Frequenz entspricht in diesem Ausführungsbeispiel der dritten Harmonischen einer zu empfangenden Frequenz. In diesem Beispiel wird ausgehend von der ersten harmonischen Frequenz von 1GHz die zu messende zweite Frequenz mit 3 GHz festgelegt. Der in der Messeinheit integrierte Empfänger misst die Rauschleistung in einem zweiten Frequenzbereich ab 3GHz. Die obere Grenze des zweiten Frequenzbereichs liegt höher als die fünfte harmonische Frequenz der zu messenden ersten Frequenz. Die Messergebnisse der dritten Messung werden wieder in einer Speichereinheit der Messeinheit abgelegt.
Schließlich werden in einem letzten Verfahrensschritt 1003 die Ergebnisse aus dem dritten Verfahrensschritt 1002 von den Ergebnissen der zweiten Messung aus dem zweiten Verfahrensschritt 901 abgezogen. Das Messergebnis der Messung, in diesem Beispiel mit einer dritten harmonischen Frequenz bei 3GHz, wird vom Messergebnis mit einer ersten harmonischen Frequenz 1GHz abgezogen. Dabei werden auch die Pegelschwankungen und Offsetwerte verursacht durch die Verstärkung oder Abschwächung durch das Messobjekt 720 kompensiert. Diese Pegelschwankungen und Offsetwerte wurden im ersten Verfahrensschritt 1000 ermittelt. Dies erfolgt durch Subtrahieren der Messergebnisse aus dem ersten Verfahrensschritt 1000. Aus dem letzten Verfahrensschritt 1003 resultiert die vom Anwender benötigte Rauschzahl, die in den ungewollten Signalanteilen bereinigt ist.
Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale und/oder beanspruchten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Statt der Vermessung von Verstärkern ist die Erfindung insbesondere auch zur Vermessung von frequenzumsetzenden Messobjekten wie z.B. Mischern geeignet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005008734 A1 [0005, 0006]

Claims

Ein Verfahren zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang (310) eines Messobjekts (DUT) (320), mit folgendem Verfahrensschritt: - Durchführen einer ersten Messung des Messsignals mit einer Messeinheit am Ausgang (310) des Messobjekts (DUT) (320), wobei das Messobjekt (320) an seinem Eingang (330) mit einem Messsignal mit einer ersten Frequenz beaufschlagt wird, gekennzeichnet durch, die weiteren Verfahrensschritte: - Durchführen einer zweiten Messung des Messsignals am Ausgang (310) des Messobjekts (320) mit der Messeinheit, wobei das Messobjekt (320) an seinem Eingang (330) mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet, und - Subtrahieren der Messergebnisse der zweiten Messung von den Messergebnissen der ersten Messung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (320) bei der ersten Messung an seinem Eingang (330) mit einem Messsignal mit ersten Frequenzen aus einem ersten Frequenzbereich beaufschlagt wird und bei der zweiten Messung an seinem Eingang (330) mit einem Messsignal mit zweiten Frequenzen aus einem zweiten Frequenzbereich beaufschlagt wird, wobei der zweite Frequenzbereich unterschiedlich vom ersten Frequenzbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Messung am Ausgang (310) des Messobjekts (320) eine Rauschzahlmessung ist, und/oder dass die Messeinheit ein Vektor-Netzwerk-Analysator (VNA) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine ungewollte Signalanteil durch eine harmonische Schwingung und/oder eine subharmonische-Schwingung im Messobjekt (320) verursacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine ungewollte Signalanteil durch die dritte harmonische Oberschwingung verursacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (DUT) (320) ein frequenzumsetzendes Messobjekt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Frequenz ist, insbesondere, dass die zweite Frequenz der dreifachen Frequenz der ersten Frequenz entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der ersten Messung die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden: - Anlegen eines ersten breitbandigen Messsignals an den Eingang (330) des Messobjekts (DUT) (320), und - Durchführen einer breitbandigen Messung der Messsignale am Ausgang (310) des Messobjekts (DUT) (320) .
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Messsignale am Ausgang (310) des Messobjekts (320) bei Überschreiten eines definierten Schwellwertes, insbesondere eines Leistungsschwellwertes, als ungewollte Signalanteile identifiziert werden.
Messgerät (300) mit zumindest einem Prozessor (301), einem Signalgenerator (302) und einer Analyse-Einheit (303) zum Messen eines Messsignals am Ausgang (310) eines mit dem Messgerät (300) verbundenen Messobjekts (DUT) (320) und zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus dem Messsignal am Ausgang (310) eines mit dem Messgerät (300) verbundenen Messobjekts (DUT) (320), wobei der Prozessor (301) so ausgebildet ist, dass er folgende Schritte vornimmt: - Durchführen einer ersten Messung (600) des Messsignals am Ausgang (310) des Messobjekts (DUT) (320), wobei das Messobjekt (DUT) (320) an seinem Eingang (330) von dem Messgerät (300) mit einer ersten Frequenz beaufschlagbar ist, - Durchführen einer zweiten Messung (601) des Messsignals am Ausgang (310) des Messobjekts (DUT) (320), wobei das Messobjekt (DUT) (320) an seinem Eingang (330) mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz beaufschlagbar ist, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet, und - Subtrahieren der Messergebnisse (602) der zweiten Messung von den Messergebnissen der ersten Messung.
Ein Verfahren zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus einem Messsignal am Ausgang (710) eines Messobjekts (DUT) (720), mit folgenden Verfahrensschritten: - Durchführen einer ersten Messung des Messsignals (743) mit einer Messeinheit am Ausgang (710) des Messobjekts (720), wobei das Messobjekt (720) an seinem ersten Eingang (730) mit einem Messsignal (741) mit einer ersten Frequenz beaufschlagt wird, - Durchführen einer zweiten Messung des Messsignals (743) am Ausgang (710) des Messobjekts (720) mit der Messeinheit, wobei das Messobjekt (720) an seinem ersten Eingang (730) mit Rauschen (753) beaufschlagt wird, und wobei die Messung in einem ersten Frequenzbereich durchgeführt wird, - Durchführen einer dritten Messung des Messsignals am Ausgang (710) des Messobjekts (720) mit der Messeinheit, wobei das Messobjekt (720) an seinem ersten Eingang (730) mit Rauschen (753) beaufschlagt wird, und wobei die Messung in einem zweiten Frequenzbereich durchgeführt wird, und - Subtrahieren der Messergebnisse der auf die zweite Messung mindestens eine folgenden Messung von den Messergebnissen der zweiten Messung unter Berücksichtigung der Messergebnisse der ersten Messung.
Verfahren Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Durchführung der dritten Messung der folgenden Verfahrensschritt ausgeführt wird: - Durchführen einer vierten Messung des Messsignals am Ausgang (710) des Messobjekts (720) mit der Messeinheit, wobei das Messobjekt (720) an seinem ersten Eingang (730) mit Rauschen (753) beaufschlagt wird, und wobei die Messung in einem dritten Frequenzbereich durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Messung und in der zweiten Messung ein in der Messeinheit integrierter lokaler Oszillator auf eine erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt ist, und dass in der dritten Messung der in der Messeinheit integrierter lokaler Oszillator auf eine zweite lokale Oszillatorfrequenz eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite lokale Oszillatorfrequenz doppelt so groß ist wie die erste lokale Oszillatorfrequenz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der vierten Messung der in der Messeinheit integrierter lokaler Oszillator auf eine dritte lokale Oszillatorfrequenz eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte lokale Oszillatorfrequenz dreimal so groß wie die erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (720) ein frequenzumsetzendes Messobjekt ist, und dass das Messobjekt (720) an seinem zweiten Eingang (751) mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz (750) beaufschlagt wird.
Messgerät (760) mit zumindest einem Prozessor (761), einem ersten Signalgenerator (762), einem zweiten Signalgenerator (764) und einer Analyse-Einheit (763) zum Messen eines Messsignals am Ausgang (710) eines mit dem Messgerät (700) verbundenen Messobjekts (DUT) (720) und zum Entfernen von zumindest einem ungewollten Signalanteil aus dem Messsignal am Ausgang (710) eines mit dem Messgerät (700) verbundenen Messobjekts (DUT) (720), wobei der Prozessor (761) so ausgebildet ist, dass er folgende Schritte vornimmt: - Durchführen einer ersten Messung des Messsignals (743) mit einer Messeinheit am Ausgang (710) des Messobjekts (720), wobei das Messobjekt (720) an seinem ersten Eingang (730) mit einem Messsignal (741) mit einer ersten Frequenz beaufschlagbar ist, wobei das Messobjekt (720) an seinem zweiten Eingang (751) mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz (750) beaufschlagbar ist, und - Durchführen einer zweiten Messung des Messsignals (743) am Ausgang (710) des Messobjekts (720) mit der Messeinheit, wobei das Messobjekt (720) an seinem ersten Eingang (730) mit Rauschen (753) beaufschlagbar ist, - Durchführen einer dritten Messung des Messsignals am Ausgang (710) des Messobjekts (720) mit der Messeinheit, wobei das Messobjekt (720) an seinem ersten Eingang (730) mit Rauschen (753) beaufschlagbar ist, und wobei die Messung in einem zweiten Frequenzbereich durchgeführt wird, und - Subtrahieren der Messergebnisse der auf die zweite Messung mindestens eine folgenden Messung von den Messergebnissen der zweiten Messung unter Berücksichtigung der Messergebnisse der ersten Messung.
Messgerät Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (761) so ausgebildet ist, dass er folgende Schritte vornimmt: - Durchführen einer vierten Messung des Messsignals am Ausgang (710) des Messobjekts (720) mit der Messeinheit, wobei das Messobjekt (720) an seinem ersten Eingang (730) mit Rauschen (753) beaufschlagt wird, und wobei die Messung in einem dritten Frequenzbereich durchgeführt wird.
Messgerät nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Messgerät integrierter lokaler Oszillator in der ersten Messung und in der zweiten Messung auf eine erste lokale Oszillatorfrequenz eingestellt ist, und dass der in das Messgerät integrierter lokale Oszillator in der dritten Messung auf eine zweite lokale Oszillatorfrequenz eingestellt ist.
Messgerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem in das Messgerät integrierten lokalen Oszillator die zweite lokale Oszillatorfrequenz doppelt so groß ist wie die erste lokale Oszillatorfrequenz.
Messgerät nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Messgerät integrierter lokaler Oszillator in der vierten Messung auf eine dritte lokale Oszillatorfrequenz eingestellt ist.
Messgerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem in das Messgerät integrierten lokalen Oszillator die dritte lokale Oszillatorfrequenz dreimal so groß ist wie die erste lokale Oszillatorfrequenz.
Messgerät nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (720) ein frequenzumsetzendes Messobjekt ist, und dass das Messobjekt (720) an seinem zweiten Eingang (751) mit einem Messsignal mit einer zweiten Frequenz (750) beaufschlagt wird.