R&S®ZVA-K9 Gruppenlaufzeitmessungen an Frequenzumsetzern ohne LO-Zugriff

Der R&S®ZVA Vektor-Netzwerkanalysator mit der Option R&S®ZVA-K9 ermöglicht Messungen der absoluten Gruppenlaufzeit an Geräten mit eingebettetem LO und kommt dabei ohne Kalibrierungsmischer aus

Ihre Anforderung

Frequenzumsetzer sind eine der fundamentalen Komponenten vieler Empfänger und Sender, besonders im Mikrowellenbereich. Jede mischerbasierte Empfangs- oder Sendeanlage setzt voraus, dass die Amplitude, die Gruppenlaufzeit und der Phasengang der Mischer in engen Grenzen kontrolliert werden können. Insbesondere eine lineare Phase und konstante Gruppenlaufzeit sind für geringe Bitfehlerraten (BER) während der Datenübertragung bei der Mobilfunk- und Satellitenkommunikation sowie für eine hohe Zielauflösung von Phased-Array-Antennenmodulen in Überwachungssystemen unerlässlich.

Ein wichtiger Messwert ist die relative oder absolute Gruppenlaufzeit von Frequenzumsetzern. Ist der Lokaloszillator (LO) des Mischers zugänglich, kann die Gruppenlaufzeit und relative Phase mit Hilfe der sogenannten Referenzmischermethode charakterisiert werden. Aufgrund der zunehmenden Integration und Miniaturisierung besteht jedoch weder häufig Zugriff auf den LO noch auf ein gemeinsames Referenzsignal.

Digitale Eingangsstufe des ZVA
Digitale Eingangsstufe des R&S®ZVA: Digitale Eingangsstufe des R&S®ZVA zum Messen der Phasendifferenz von Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen
Lightbox öffnen

Messtechnische Lösung

Rohde & Schwarz hat eine neue Methode für diese Anwendung entwickelt. Mit Hilfe eines Zweiton-Stimulussignals kann der R&S®ZVA Vektor-Netzwerkanalysator den Phasenunterschied zwischen den zwei Signalen messen, sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Messobjekts. Ähnlich wie beim klassischen S-Parameterverfahren wird die Gruppenlaufzeit dann aus dem Phasenunterschied und dem Frequenzabstand berechnet. Der Frequenzabstand Δf zwischen den beiden Signalen ist die Apertur. Zum Messen des Phasenunterschieds zwischen zwei Signalen mit unterschiedlicher Frequenz hat Rohde & Schwarz ein einzigartiges Frontend innerhalb des R&S®ZVA entwickelt.

Wenn das Signal in den ADC jedes Empfängers (ax oder bx) eingespeist wird, wird es durch einen digitalen LO (NCO 1/2) in einer digitalen Mischstufe auf DC heruntergemischt und digital gefiltert. Jeder Empfänger verfügt über zwei unabhängige digitale Verarbeitungspfade, wobei die beiden NCOs genau den gleichen Frequenzversatz aufweisen wie die beiden HF-Signale des Zweiton-Stimulussignals. Dadurch können in jedem Empfänger-Frontend die Phasenbeziehungen beider Träger ermittelt und für die Gruppenlaufzeitberechnung verwendet werden. Dieses Verfahren funktioniert auch ausgezeichnet bei frequenzumsetzenden Messobjekten mit unbekannten oder instabilen LOs, da sich Frequenz- und Phasenabweichungen des internen LOs des Messobjekts bei der Berechnung der Phasendifferenz der Träger aufheben.

Neben der Gruppenlaufzeit berechnet der R&S®ZVA auch die relative Phase und Abweichung von der linearen Phase durch Integration der Gruppenlaufzeit sowie die Dispersion durch Differenzierung der Gruppenlaufzeit.

Aufbau und Kalibrierung

Die Option R&S®ZVA-K9 „Gruppenlaufzeitmessung an Mischern mit internem LO“ ist mit einem 4-Tor-R&S®ZVA leicht zu konfigurieren. Es wird der interne Koppler von Port 3 als Signalzusammenführung verwendet, um das Zweitonsignal direkt über Port 1 bereitzustellen. Die gesamte Messung kann leicht kalibriert werden, indem Port 1 und 2 mit bekannten Kabeln durchgeschaltet und die Kabel genauso wie bei Standard-S-Parametern durch Normalisierung ausgeglichen werden. Dadurch wird ein bekannter Kalibrierungsmischer unnötig.

Fazit

In vielen Fällen waren bisher Messungen der Gruppenlaufzeit und relativen Phase von frequenzumsetzenden Geräten ohne LO-Zugriff nur möglich, wenn das Testobjekt über einen äußerst stabilen internen LO verfügte. Phasen- und Frequenzabweichungen aufgrund von Drift, Phasenrauschen oder Frequenzmodulation haben die Genauigkeit der verfügbaren Verfahren empfindlich eingeschränkt. Die Zweitonmethode von Rohde & Schwarz leidet unter keiner dieser Einschränkungen. Die viel leichtere Kalibrierung, für die nur eine Durchschaltung notwendig ist, vereinfacht den Aufbau für diese wichtige Messung entscheidend.

Messkonfiguration und Kalibrierung des Messaufbaus
Messkonfiguration und Kalibrierung des Messaufbaus: Der R&S®ZVA mit der Option R&S®ZVA-K9 „Gruppenlaufzeitmessung an Mischern mit internem LO“ ermöglicht die Messung der absoluten Gruppenlaufzeit an Mischern und Frequenzumsetzern. Er ist immun gegenüber Phasen- und Frequenzschwankungen interner LOs.
Lightbox öffnen

Verwandte Lösungen