一种频域快速扫描测量的装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种频域快速扫描测量的装置，利用数字中频处理方法，通过锁相扫频本振与数字快扫相结合方式，提高了频域测量的精准度。在实际配置中，通过控制器发送扫描控制命令，实现了射频前端�？橛胧种衅荡砟？榈耐剑痹谑种衅荡砟？橹刑砑恿耸挚焐ú考褂檬挚焐ú考圆裳藕沤锌焖傩〔浇璞淦荡恚倬治龃砺瞬ㄆ骷凹觳？樘崛》嘈畔ⅲ庋檬旨际醯目焖儆诺憬蟛糠值纳璐碓谑种衅荡砟？橹薪校庋蟠蠼谠剂瞬饬渴奔洹�
【专利说明】一种频域快速扫描测量的装置
【技术领域】
[0001]本发明属于外差扫描式频域测量【技术领域】，更为具体地讲，涉及一种频域快速扫描测量的装置。
【背景技术】
[0002]随着无线电技术和通信技术的发展，信号的频域分析测量逐渐成为大频段范围信号分析的重要手段。其中对电信号参量进行测量，往往要对信号进行频域测量。大频段的频域分析测量方式通常是:将射频信号经外差扫描变频至中频，再经滤波器提取对应的频率分量，其中中频滤波按实现方式可分为模拟式和数字式两种，其主要区别在于中频部分分别采用了模拟中频或数字中频技术实现。模拟中频技术使用了模拟滤波器作为带宽滤波器，滤波器输出稳定需要一段响应时间，而随着滤波器带宽变窄，稳定时间会变长，所以在分析带宽较小时其所要求的响应时间就变得很长，从而造成了频域测量的扫描时间过长，测试效率低下，而数字中频技术采用数字滤波器技术可以较好地克服这个稳定时间较长的问题。
[0003]图1是传统的外差式频域测量装置的结构框图。
[0004]如图1所示，目前一般的外差扫描式频域测量装置通过本振扫描混频的方式得到中频信号再分析，依次获取被测信号不同频率分量的幅相信息。被测信号通过低通滤波器，与一个来自本地振荡器LO的信号进行混频，也就是进行频谱搬移得到中频信号，如果混频后输出的中频信号的频率落在分析带宽滤波器的带通范围内，那么该信号将通过分析带宽滤波器，经过后续的检波处理后输出显示。外差扫描式频域测量装置对被测信号的选择是按时间顺序进行的，是一个扫描调谐的过程，所以在某一瞬间只能执行一个频率点的信号扫频，扫描发生器发送扫描命令逐点实现扫宽内的全部频点扫描，其中分析带宽是频域测量的一项重要指标，通常是指分析带宽滤波器的3dB带宽，它表征了频域测量装置区分两个相同幅度，不同频率信号的能力。为达较高分辨力测试，射频前端在极细步进的频点上变频处理，对于以模拟器件为主的扫描本振同样需要较长的稳定时间，同样影响测量速度，同时，由于一般测量时间有限制，在测量时间内所检测到的步进频点数目也就受到限制，使得测量到信号幅值与频率精度同样受到限制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种频域快速扫描测量的装置，利用数字中频处理方法，通过锁相扫频本振与数字快扫相结合方式，具有频域测量精度高、测量时间短的特点。
[0006]为实现上述发明目的，本发明
[0007]—种频域快速扫描测量的装置，其特征在于包括:一射频前端�？�、一中频采样器、一控制器和一数字中频处理�？椋�
[0008]所述的射频前端�？榘�:一射频通道、一锁相扫频本振�？�、一变频�？楹鸵簧淦登岸寺瞬？椋凰龅氖种衅荡砟？榘�:一数字快扫部件、一分析带宽滤波器及检波�？椋�
[0009]射频信号RF经射频通道输入到变频�？椋胨嗌ㄆ当菊衲？椴谋菊裥藕啪炱荡砗笫淙氲缴淦登岸寺瞬？椋淦登岸寺瞬？樵俳新瞬ù淼玫街衅敌藕�;
[0010]射频前端�？槭涑龅闹衅敌藕啪衅挡裳鞑裳砗蟮玫街衅凳荩俳衅凳菔淙氲绞种衅荡砟？椋种衅荡砟？橹械氖挚焐ú考谏杩矶饶诎凑丈ㄆ挡浇餍呈涑鍪终恍藕牛⒂胫衅挡裳魇涑龅牟裳藕沤锌焐ㄊ较卤淦荡恚玫交藕牛�
[0011]装置启动时，控制器向锁相扫频本振�？榉⑺偷谝桓錾ㄆ档忝睿嗌ㄆ当菊衲？樵诮邮盏娇刂破鞣⑺偷母蒙ㄆ档忝詈笊傻谝桓銎档愕谋菊裥藕牛辉诘谝桓錾ㄆ档忝罘⑺秃螅映偈奔銽l，Tl为锁相扫频本振�？椴桓霰菊裥藕庞肷淦凳淙胄藕沤谢炱荡硭枰奈榷ㄊ奔洌刂破髟傧蚴挚焐ú考⑺偷谝桓隹焐ǖ忝睿挚焐ú考邮盏娇刂破鞣⑺偷母妹詈笊傻谝桓隹焐ǖ愕氖终恍藕牛辉诘谝桓隹焐ǖ忝罘⑺秃螅映偈奔銽2，T2为数字快扫部件产生的数字正交信号与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理所需要的稳定时间，控制器向分析带宽滤波器及检波�？榉⑺褪致瞬ê图觳睿狈治龃砺瞬ㄆ骷凹觳？槭盏礁檬致瞬ê图觳詈螅曰藕沤惺致瞬ê图觳ú⑹涑龈玫愕姆嗍荩�
[0012]在第一个快扫点的数字滤波和检波完成后，控制器继续向数字快扫部件发送下一个快扫点命令，并依次执行与第一个快扫点的相同处理，直到最后一个快扫点，完成射频前端�？榈牡谝桓錾ㄆ档闵瑁�
[0013]控制器继续向射频前端发送下一个扫频点命令，并依次执行与第一个扫频点的相同处理，直到最后一个扫频点，完成一次频域扫描进程。
[0014]进一步地，所述的射频前端�？榈纳ㄆ挡浇淦登岸寺瞬？橥ù矶鹊�1/L，L的取值满足射频前端�？槟芄徊蹲降奖徊庑藕�。
[0015]所述的变频�？榇硭璧奈榷ㄊ奔湮猅a，数字快扫部件处理所需的稳定时间为Tb，Ta和Tb之差大于100倍。
[0016]所述的数字快扫部件的扫频步进为分析带宽的1/K，K的取值满足分析带宽滤波器可以覆盖的整个扫频宽度。
[0017]所述的数字快扫部件的扫频宽度与射频前端模块的扫频步进相同或扫频步进的整数倍。
[0018]所述的数字快扫部件采用基于查表法的数字频率合成器技术，数字频率合成器的查找表存储正弦曲线采样值，精度到达0.00001Hz或更高。
[0019]本发明的发明目的是这样实现的:
[0020]本发明频域快速扫描测量的装置，利用数字中频处理方法，通过锁相扫频本振与数字快扫相结合方式，提高了频域测量的精准度。在实际配置中，通过控制器发送扫描控制命令，实现了射频前端�？橛胧种衅荡砟？榈耐剑痹谑种衅荡砟？橹刑砑恿耸挚焐ú考褂檬挚焐ú考圆裳藕沤锌焖傩〔浇璞淦荡恚倬治龃砺瞬ㄆ骷凹觳？樘崛》嘈畔ⅲ庋檬旨际醯目焖儆诺憬蟛糠值纳璐碓谑种衅荡砟？橹薪校庋蟠蠼谠剂瞬饬渴奔洹�
[0021]同时，本发明频域快速扫描测量的装置还具有以下有益效果:
[0022]利用数字中频技术，对输入信号进行锁相本振扫频处理和数字快扫处理相结合，这样利用数字技术的快速优点将大部分的扫描处理放在数字快扫部件中进行，在同等的扫描精度下可以大大的缩短扫描测量时间，在同等的扫描时间内可以检获更多的测量样点，因此，可以显著提高频域测量的频率及幅度精度；
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是传统的外差式频域测量装置的结构框图；
[0024]图2是本发明频域快速扫描测量的装置的结构框图；
[0025]图3是射频前端�？橛胧种衅荡砟？榈纳杞淌疽馔�。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0027]实施例
[0028]图2是本发明频域快速扫描测量的装置的结构框图。
[0029]在本实施例中，如图2所示，本发明频域快速扫描测量的装置包括:一射频前端模块1、一中频采样器2、一控制器3和一数字中频处理�？�4 ；
[0030]所述的射频前端�？镮包括:一射频通道、一锁相扫频本振�？�、一变频�？楹鸵簧淦登岸寺瞬？椋凰龅氖种衅荡砟？�4包括:一数字快扫部件、一分析带宽滤波器及检波�？椋�
[0031]射频信号RF经射频通道输入到变频模块，与锁相扫频本振�？椴谋菊裥藕啪炱荡砗笫淙氲缴淦登岸寺瞬？椋淦登岸寺瞬？樵俳新瞬ù淼玫街衅敌藕�;
[0032]射频前端�？镮输出的中频信号经过中频采样器2采样处理后得到中频数据，再将中频数据输入到数字中频处理�？�4，数字中频处理模块4中的数字快扫部件在扫描宽度内按照扫频步进调谐输出数字正交信号，与中频采样器2输出的采样信号进行快式下变频处理，得到基带信号；控制器3负责发送扫描控制命令，对射频前端�？镮和数字中频处理�？�4实现同步，再利用数字中频处理�？�4中的分析带宽滤波器及检波�？槎曰藕沤惺致瞬ê图觳ú⑹涑龇嗍荩瓿善涤虻纳杞�。
[0033]图3是射频前端模块与数字中频处理�？榈纳杞淌疽馔�。
[0034]在本实施例中，射频前端滤波模块采用中心频率为IF&e=10MHz，通带宽带BffEF=20MHz的带通滤波器，用于消除镜像频率和系统杂散响应。如图3所示，在射频前端扫频步进RFStep内，以扫描宽度B为3GHz，扫描起始频率RFstart为100MHz，扫描终止频率RFEnd为3.1GHz，分析带宽BWif为IOkHz，为了满足分析带宽滤波器可以覆盖的整个扫频宽度，数字快扫部件的步进IFStep为分析带宽BWif的五分之一，即K=5，则数字快扫部件的步进IFStep=2KHz ;数字快扫部件进行小步进的频率扫描处理，处理步骤为:[0035]I)、根据射频前端滤波�？橹新瞬ㄆ鞯耐ù矶菳Wkf=20MHz来确定射频前端�？榈纳ㄆ挡浇鳵FStep ；RFStep等于射频前端滤波�？榈耐ù矶菳Wkf的二分之一，即L=2，则射频前端�？榈纳ㄆ挡浇鳵FStep=IOMHz ;这样确保了射频前端�？槟芡暾夭痘竦奖徊庑藕牛沟闷灯装嵋坪笫涑龅闹衅敌藕怕淙肭岸寺瞬？橥ù段冢Ｖち诵藕牌荡耐暾裕�
[0036]2)、根据射频前端�？榈纳杵鹗计德蔙Fstart=IOOMHz和射频前端扫频步进RFStep=IOMHz,控制器向锁相扫频本振�？榉⑺偷谝桓錾ㄆ档忝睿嗌ㄆ当菊衲？樵诮邮盏娇刂破鞣⑺偷母蒙ㄆ档忝詈笊傻谝桓銎档鉏OOMHz本振信号；生成的第一个频点IOOMHz的本振信号与输入信号进行变频处理后输入到射频前端滤波�？椋偻ü淦登岸寺瞬？槁瞬ê笫涑龅街衅的？榻兄衅荡恚�
[0037]3)、控制器向锁相扫频本振�？榉⑺偷谝桓錾ㄆ档忝詈螅映僖桓鍪奔涠蜹l，Tl为锁相扫频本振�？椴桓霰菊裥藕庞肷淦凳淙胄藕沤谢炱荡硭枰奈榷ㄊ奔洌笮∥�10us，等待射频前端�？槭涑龅闹衅敌藕盼榷ê螅刂破飨蚴挚焐ú考⑺偷谝桓隹焐ǖ忝睿挚焐ú考邮盏娇刂破鞣⑺偷拿詈蟛谝桓隹焐ǖ愕氖终恍藕牛⒂胫衅挡裳魇涑龅牟裳藕沤锌焐ㄊ较卤淦荡恚玫交藕牛黄渲校挚焐ú考纳杩矶菼FSpan选取与射频前端的扫频步进RFStep —致或扫频步进的整数倍，本实施例中，IFSpan=IOMHz ;则第一个快扫点的频率值IFStart=IFfte — IFSpan/2,本实施例中，带通滤波器的中心频率IF&e=10MHz，即中频信号的中心频率为10MHz，则数字快扫部件扫描的起始频率IFStart=5MHz,终止频率IFEnd=15MHz,那么IFStart=IFfte —IFSpan/2=10MHz-10MHz/2=5MHz ；
[0038]4)、控制器向数字快扫部件发送第一个快扫点命令后，延迟一个时间段T2，T2为数字快扫部件产生的数字正交信号与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理所需要的稳定时间，大小为IOOns ;等待数字快扫部件的第一个快扫频点扫描处理结束后，控制器向分析带宽滤波器及检波�？榉⑺褪致瞬ê图觳睿狈治龃砺瞬ㄆ骷凹觳？槭盏绞致瞬ê图觳詈螅曰藕沤惺致瞬ê图觳ú⑹涑龈玫愕姆嗍荩�
[0039]5)、控制器发送数字滤波和检波命令完成后，继续向数字快扫部件发送第二个快扫点命令，数字快扫部件的扫频步进IFStep=2KHz，数字快扫部件接收到控制器命令后产生第二个快扫点频率值IFSeCond=IFStart+IFSt�。墒终恍藕牛胫衅挡裳魇涑龅牟裳藕沤锌焐ㄊ较卤淦荡恚玫交藕牛徊⒁来沃葱杏氲谝桓隹焐ǖ愕南嗤恚钡阶詈笠桓隹焐ǖ鉏FEnd=IFfte + IFSpan/2=10MHz+10MHz/2=15MHz ;其中，下一个快扫点IFNext与当前快扫点IFPre的关系为IFNext=IFPre + IFSt�。淦登岸说牡谝桓銎档闵杞探崾�
[0040]6)、控制器继续向射频前端�？榉⑺偷诙錾ㄆ档忝睿淦登岸四？榈牡诙銎档阒礡FSeCond=RFStart+RFSt�。笮∥�110MHz，射频前端接收到控制器命令后开始产生第二个频点IlOMHz的本振信号与输入信号进行变频处理，并依次执行与第一个扫频点的相同处理，直到最后一个扫频点RFEnd=3.1GHz ;其中，下一个射频扫频频点RFNext与当前射频扫频频点RFPre的关系为RFNext=RFPre + RFSt�。瓿梢淮纹涤蛏杞�。
[0041 ] 本实施例中，数字快扫部件的扫频步进IFStep=2kHz，在B=3G的扫描宽度就需要产生1500000个快扫点与输入信号进行逐点扫描调谐。若使用传统的外差扫描式频域测量装置，对输入信号的频率扫描处理都在射频前端进行，所需要的扫描时间TIMEkf=1500000*10uS=15S ;本发明采用锁相扫频本振与数字快扫相结合方式，在射频前端需要处理的扫频点数RFnumbe,=3000/10=300，射频前端需要的稳定时间HMEl=300*10uS=3mS，数字快扫部件需要处理的快扫点数1500000，数字快扫部件需要的稳定时间为HME2=1500000*100ns=150ms，本发明的快速扫描测量装置总共所需要的扫描时间HMESwe印=HMEl+HME2=153ms，在同等的设置下相比传统的外差扫描式频域测量装置，大大的缩短了扫描时间。
[0042]尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本【技术领域】的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本【技术领域】的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【权利要求】
1.一种频域快速扫描测量的装置，其特征在于包括:一射频前端�？�、一中频采样器、一控制器和一数字中频处理�？椋� 所述的射频前端�？榘�:一射频通道、一锁相扫频本振�？�、一变频模块和一射频前端滤波�？椋凰龅氖种衅荡砟？榘�:一数字快扫部件、一分析带宽滤波器及检波�？椋� 射频信号RF经射频通道输入到变频模块，与锁相扫频本振�？椴谋菊裥藕啪炱荡砗笫淙氲缴淦登岸寺瞬？椋淦登岸寺瞬？樵俳新瞬ù淼玫街衅敌藕牛� 射频前端�？槭涑龅闹衅敌藕啪衅挡裳鞑裳砗蟮玫街衅凳荩俳衅凳菔淙氲绞种衅荡砟？椋种衅荡砟？橹械氖挚焐ú考谏杩矶饶诎凑丈ㄆ挡浇餍呈涑鍪终恍藕牛⒂胫衅挡裳魇涑龅牟裳藕沤锌焐ㄊ较卤淦荡恚玫交藕牛� 装置启动时，控制器向锁相扫频本振模块发送第一个扫频点命令，锁相扫频本振�？樵诮邮盏娇刂破鞣⑺偷母蒙ㄆ档忝詈笊傻谝桓銎档愕谋菊裥藕牛辉诘谝桓錾ㄆ档忝罘⑺秃螅映偈奔銽l，Tl为锁相扫频本振模块产生一个本振信号与射频输入信号进行混频处理所需要的稳定时间，控制器再向数字快扫部件发送第一个快扫点命令，数字快扫部件接收到控制器发送的该命令后生成第一个快扫点的数字正交信号；在第一个快扫点命令发送后，延迟时间T2，T2为数字快扫部件产生的数字正交信号与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理所需要的稳定时间，控制器向分析带宽滤波器及检波�？榉⑺褪致瞬ê图觳睿狈治龃砺瞬ㄆ骷凹觳？槭盏礁檬致瞬ê图觳詈螅曰藕沤惺致瞬ê图觳ú⑹涑龈玫愕姆嗍荩� 在第一个快扫点的数字滤波和检波完成后，控制器继续向数字快扫部件发送下一个快扫点命令，并依次执行与第一个快扫点的相同处理，直到最后一个快扫点，完成射频前端�？榈牡谝桓錾ㄆ档闵瑁� 控制器继续向射频前端发送下一个扫频点命令，并依次执行与第一个扫频点的相同处理，直到最后一个扫频点，完成一次频域扫描进程。
2.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的射频前端�？榈纳ㄆ挡浇淦登岸寺瞬？橥ù矶鹊�1/L，L的取值满足射频前端�？槟芄徊蹲降奖徊庑藕�。
3.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的变频�？榇硭璧奈榷ㄊ奔湮猅a，数字快扫部件处理所需的稳定时间为Tb，Ta和Tb之差大于100倍。
4.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的数字快扫部件的扫频步进为分析带宽的1/K，K的取值满足分析带宽滤波器可以覆盖的整个扫频宽度。
5.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的数字快扫部件的扫频宽度与射频前端�？榈纳ㄆ挡浇嗤蛏ㄆ挡浇恼�。
6.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的数字快扫部件采用基于查表法的数字频率合成器技术，数字频率合成器的查找表存储正弦曲线采样值，精度到达0.00001Hz或更高。
【文档编号】G01R23/165GK103941092SQ201410135616
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】王志刚, 张波, 朱桂兵, 刘文彬, 罗光坤 申请人:电子科技大学
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