Die Erfindung betrifft einen Spektrumanalysator, mit einem YIG-Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz in Antwort auf eine Sollfrequenzanforderung mittels eines Magnetfeldes, das auf eine YIG-Kugel einwirkt, festzulegen ist, sowie ein Verfahren zur Messung von Frequenzpegeln.

Spektrumanalysatoren weisen in der Regel einen Oszillator auf, dessen Aus¬ gangsfrequenzsignal in eine Mischstufe zu einem zuvor gefilterten Messsignal ge¬ mischt wird. Die Mischstufe transformiert den Signalanteil bei der momentan gemes¬ senen Frequenz auf eine feste Zwischenfrequenz, bei der eine Filterung stattfindet. Die Oszillatorfrequenz der Mischstufe wird dabei so über die Zeit variiert, dass der gesamte zu untersuchende Frequenzbereich abgefahren wird. Das gefilterte Signal wird verstärkt und seine Amplitude wird gemessen.

Der Spektrumanalysator misst somit den Signalpegel über der Frequenz. Die hohe Eingangsempfindlichkeit und der weite Dynamikbereich von Spektrumanalysatoren ermöglichen die Analyse von Signalen, die mit einem Oszilloskop nicht darstellbar sind.

Vorteilhaft wird als Oszillator ein YIG-Oszillator (kurz YTO -YIG Tuned Oscillator) ein- gesetzt, der in einem weiten Frequenzbereich exakt durchstimmbar ist. Der YIG-Os¬ zillator besteht im wesentlichen aus zwei Blöcken, einer Hochfrequenz-Oszillator- Schaltung und einer Abstimmeinheit, einem Spulensystem. Die Hochfrequenz-Oszil¬ lator-Schaltung ist ein LC-Generator, dessen frequenzbestimmendes Bauteil eine YIG-Kugel (Yttrium-Eisen-Granat) ist.

Das Verstärkungselement in dieser Schaltung ist ein Transistor, wobei die YIG-Kugel sitzt innerhalb einer Leiterschleife im Emitterkreis des Transistors eingesetzt ist. Sie hat besondere magnetische Eigenschaften. Mit Hilfe eines äußeren magnetischen Feldes, das die Kugel durchflutet, kann die Resonanzfrequenz der Hochfrequenz- Oszillatorschaltung durchgestimmt werden, ohne beispielsweise ein Phasenrauschen zu erzeugen.

Nachteilig ist, dass zur Erzeugung des exakt einzustellenden Magnetfeldes entweder ein Permanentmagnet oder eine große Spule sowie mindestens eine weitere Spule verwendet werden müssen. Um Temperatureinflüsse zu vermeiden, werden die YTOs zudem auf eine konstante Temperatur geheizt, vorzugsweise zwischen 8O ⁰ C und 125 ⁰ C. Hierdurch können Temperaturprobleme in dem Schaltkreis entstehen und es sind aufwendige Schaltungen für die benötigten Elemente vorzunehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Regelung des Magnetfeldes bereitzustellen, wobei die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Spektrumanalysator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei lediglich eine, das Magnetfeld erzeugende Abstimmspule vorge- sehen ist, wobei das Ausgangsfrequenzsignal des YIG-Oszillators als Istwert und die momentane Frequenzanforderung des Spektrumanalysators als Sollwert einer PLL- Regelschaltung zuzuführen ist, durch welche mittels eines nachgeschalteten Spannungs-/Stromwandlers der Spulenstrom der Abstimmspule zu regeln ist.

Der Spulenstrom der Abstimmspule wird so eingestellt, dass eine Mindestfeldstärke zur Erreichung der Sättigung der Kugel, beispielsweise 500 Gauß erreicht wird, weil der Oszillator in der Sättigung betrieben wird. Die Feineinstellung des Magnetfeldes zur Erreichung der gewünschten Frequenz nach Maßgabe der Frequenzanforderung des Spektrumanalysators wird dann mittels einer einzigen Spule und eines einzigen Spulen regelkreises erreicht. Diese Vereinfachung der Schaltung vereinfacht den

Schaltungsaufbau und macht die Regelung sicherer und schneller. Die Regelung weist eine hohe Frequenzstabilität auf.

Die PLL-Regelung liefert somit eine Regelung auf eine Referenzfrequenz vorzugsweise nach Referenz eines DDS, eines hochgenauen Quarz-Oszillators, beispielsweise in einem Frequenzbereich von 10-20 MHz.

Ein eventuell vorhandener Delay entfälllt wegen der Phasenvorgabe durch die Re¬ ferenzfrequenz.

Frequenzen in einem großen Frequenzbereich können auf der Basis der zugeführten Referenzfrequenz erzeugt werden, wenn das Ausgangsfrequenzsignal des YIG- Oszillators vor Zuführung zu der PLL-Regelschaltung durch einen Frequenzteiler zu leiten ist. Insbesondere wird somit das Signal des YIG-Oszillators, das im Ghz- Bereich liegt, durch ein Signal eines DDS im Bereich von 10-20 MHz regelbar. Die Frequenzen können somit durch je einen vorgeschalteten Frequenzteiler sehr unterschiedliche Größe aufweisen.

Eine Verdopplung der Frequenz des Referenzsignals wird erreicht, wenn das Aus¬ gangsfrequenzsignal des YIG-Oszillators vor Zuführung zu der PLL-Regelschaltung durch einen Frequenzhalbierer zu leiten ist.

Hochfrequente Zusätze im Signal können leicht herausgefiltert werden, wenn das Ausgangssignal einem Tiefpassfilter zuzuführen ist.

Ein auf verschiedene Frequenzmodi einstellbarer Filter liegt vor, wenn das Aus¬ gangssignal des PLL einem Schleifenfilter zuzuführen ist.

Eine den YIG in einem bestimmten Temperaturbereich haltende Heizung kann entfallen, wenn durch die PLL-Regelschaltung auch eine Frequenzabweichung des YIG-Oszillators aufgrund von Temperaturschwankungen mittels einer Änderung des

Spulenstroms der Abstimmspule auszuregeln ist. Eine geänderte Frequenz, die auf

Temperaturveränderungen zurückzuführen ist, kann durch die PLL-Schaltung wieder eingestellt werden.

Insbesondere bei einer Messbereichsbandbreite bis etwa 3 GHz, insbesondere für Messungen an Satelliten-TV und Radioanlagen ist es vorteilhaft, wenn der YIG- Oszillator bis zu einer Ausgangssignalfrequenz von etwa 8 GHz ₁ insbesondere zwi¬ schen etwa 3,5 GHz und etwa 6,5 GHz auszusteuern ist.

Vorteilhaft ist es, wenn das Kernmaterial der Abstimmspule Ferrit ist. Hierdurch werden bei vorteilhaften Materialeigenschaften Wirbelstromverluste vermieden.

Vorteilhaft ist es, wenn das Ausgangssignal der PLL-Regelschaltung einer YIG-Trei- berschaltung zur Spannungs-/Stromumwandlung und/oder Konstanthaltung der Stromversorgung des Spektrumanalysators bei den wechselnden Spulenströmen zu¬ zuführen ist.

Ein leicht zu transportierender Spektrumanalysator liegt vor, wenn die Energieversor¬ gung des Spektrumanalysators eine Batterie ist. Durch einen Wegfall einer Heizung und die Verwendung lediglich einer Spule ist der Energieverbrauch der Vorrichtung stark herabgesetzt und kann auch durch eine Batterie ausreichend gewährleistet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind.

Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines YIG-Oszillators mit einer Abstimm¬ spule und Fig. 2 ein Schaltbild eines YIG-Oszillators mit einer Abstimmspule mit Funk¬ tionselementen.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines YIG-Oszillators 3 mit einer erfin¬ dungsgemäß zu regelnden Abstimmspule 2.

Setzt man die Anordnung der YIG-Kugel 1 einem externen Magnetfeld, das durch die Abstimmspule 2 aufgebaut wird, aus, so richten sich in der YIG-Kugel 1 aufgrund von Elektronenspins hervorgerufene magnetische Dipole parallel zum externen Magnet¬ feld aus. Über die Koppelspule 8 wird ein kleines magnetische Wechselfeld ortho¬ gonal dazu eingestrahlt., so dass die Dipole um das durch die Abstimmspule 2 er¬ zeugte Magnetfeld präzedieren. Bei einer Resonanzfrequenz absorbiert die YIG-An- Ordnung einen Großteil des eingestrahlten Koppelfeldes. Diese Resonanzfrequenz ist nahezu linear abhängig vom Magnetfeld der Abstimmspule 2, welches wiederum nahezu linear vom Spulenstrom abhängig ist, so dass eine sehr exakte Regelung der Frequenz des YIG-Oszillators 3 stattfinden kann.

Die Frequenz des YIG-Oszillators 3 wird erfindungsgemäß über die Regelung eines aus dem YIG-Oszillator 3 ausgekoppelten Ausgangssignals mit einer Ausgangssig¬ nalfrequenz auf eine vorgegebene Frequenz erreicht. Die Regelung erfolgt über die Regelung des Magnetfelds der Abstimmspule 2 mittels einer PLL-Regelschaltung 4. Dort wird sie benutzt um einen Oszillator so nachzustimmen, dass er der Refe- renzfrequenz , insbesondere der Phase des Signals exakt folgt.

Hierzu wird das Ausgangsfrequenzsignal des YIG-Oszillators 3, insbesondere nach Durchlaufen eines Frequenzteilers 6, in der PLL-Regelschaltung 4 mit einem Refe¬ renzfrequenzsignal 11 des Spektrumanalysators verglichen. Dazu ist lediglich eine Abstimmspule 2 vorgesehen, wobei das Ausgangsfrequenzsignal des YIG-Oszillators 3 als Istwert und die momentane Frequenzanforderung des Spektrumanalysators als Sollwert einer PLL-Regelschaltung 4 zuzuführen ist, welche mittels eines nachge¬ schalteten Spannungs-/Stromwandlers 5 den Spulenstrom der Abstimmspule 2 re¬ gelt.

Das Ausgangsfrequenzsignal des YIG-Oszillators ist regelmäßig ein Hochfrequenz¬ signal, etwa 3.5 bis 6.5GHz. Das Ausgangsfrequenzsignal wird dem PLL-Regel-IC zugeführt. Das Ausgangsfrequenzsignal, das Istsignal, wird mit dem Frequenzteiler 6 innerhalb des PLL-Regel-ICs in den Bereich der DDS- Referenzfrequenz, das Sollsignal, heruntergeteilt. Dort wird der Sollwert mit dem Istwert verglichen.

Der Phasen-Frequenz-Diskriminator 9 ist das eigentlichregelnde Element des des PLL-Regel-ICs. Er vergleicht zwei Wechselspannungen miteinander und erzeugt am Ausgang eine Gleichspannung, die ein Maß für die Anweichung der beiden Frequenzen bzw. der Phasnelagen vorneinander ist. Er verhält sich als Frequenzver- gleicher, der bei Annäherung an die Synchronität der beiden Signale automatisch auf Phasenvergleich übergeht.

Die Regelabweichung der beiden Signale wird als Ausgangssignal dem Schleifenfil¬ ter 7 zugeführt. Jm Schleifenfilter 7 werden aus dem Regelabweichungssignal dann höherfrequente, eventuell schaltungsbedingt erzeugte Anteile herausgefiltert. Die Filterkonstanten können entsprechend der Verwendung des YIG-Hochfrequenzsig- nals als Sweep-Überstreichung eines weiten Frequenzbereichs oder als Festfre¬ quenzeinstellung zwischen zwei Werten umgeschaltet werden. Die Filterkonstanten beeinflussen die Regelgeschwindigkeit und das Phasenrauschen der PLL-Regel- schleife. Das Ausgangssignal des Schleifenfilters 7 (Utun-OUT) wird der YIG-Trei- berschaltung 10 zugeführt. Diese wandelt die Spannung des Ausgangssignals des Schleifenfilters 7 in den für die Abstimmspule 2 notwendigen geregelten Spulenstrom um. Zugleich hält die YIG-Treiberschaltung 10 die Belastung der Stromversorgung des Gesamtgerätes bei den wechselnden YIG-Regelungsströmen konstant. Entsprechend der Änderung des Spulenstroms der Abstimmspule 2 verändert sich die YIG-Oszillator Ausgangsfrequenz.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines YIG-Oszillators 3 mit einer Abstimmspule 2 mit Funk- tionselementen. Die YIG-PLL-Regelschleife besteht aus mehreren Modulen, dem YIG-Oszillator, einem PLL-Modul, einem Schleifenfilter und einer YIG-Treiberschal¬ tung 10.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 YIG-Kugel

2 Abstimmspule

3 YIG-Oszillator

4 PLL-Regelschaltung

5 Spannungs-/Stromwandler

6 Frequenzteiler

7 Schleifenfilter

8 Koppelspule

9 Phasen-Frequenz-Diskriminator

10 YIG-Treiberschaltung

11 Referenzfrequenzsignal