专利名称：数字中频频谱分析仪在网络分析测量中测量相频特性的方法
技术领域：
本发明涉及频谱分析仪，网络分析仪技术领域。
背景技术：
目前配备跟踪源的频谱分析仪具有标量网络分析仪的功能，可以测量器件的幅频特性，但不能测量器件的相频特性。这是因为相频特性的测量实际是测量被测器件输入信号和输出信号的相位差。而输入器件的正弦信号的相位是随时间周期变化的，这就要求同时测量器件输入和输出信号的相位才能得到真正的相位差。要同时测量输入和输出信号的相位至少需要两个矢量接收机。例如矢量网络分析仪测量器件传输或反射性能时需要有一个参考接收机R，传输接收机B，反射接收机A，测量时同时测量R，A，B接收机收到的信号的相位，R测量输入器件信号在测量时刻的相位，A测量从器件反射回来信号在测量时刻的相位，B测量信号通过器件后在测量时刻的相位。测量器件反射的相频特性时相位差是A-R， 测量传输时的相频特性相位差是B-R。这样可以测量到稳定的相位差。以前采用模拟中频的频谱分析仪只能测量信号的幅度不能测量信号的相位。目前国内外新型的频谱分析仪采用了数字中频技术，可以测量信号的相位。新型的数字中频频谱分析仪(包括信号分析仪)采用超外差接收将被测信号变频到频率较低的中频，采用高速模数转换器A/D对中频信号进行采样，对采样数据进行数字处理(如快速傅立叶变换 FFT，离散傅立叶变换DFT等)可获得信号的幅度和相位信息。但由于只有一个接收机，即使装有跟踪源也无法同时测量被测件的输入输出信号的相位，也就无法测量器件的相频特性。具有跟踪源的数字中频频谱分析仪原理图如
图1。我们设跟踪源的频率为 sin (ω lt+ Φ D，频谱分析仪本地振荡器的频率为sin (ω 2t+ Φ 2)。我们只考虑变一次频的情况，在混频器实现两个频率相乘，通过积化和差得到sin (ω jt+ Φ ^ sin (ω 2t+ Φ2) = 1/2 {[cos (ω 厂 ω2) t+( Φ f Φ 2) ]-[cos (ω 工+ω 2) t+ ( Φ i+ Φ 2) ]}以差频为例，混频器后的中频滤波器滤除掉[cos ( ω 1+ ω 2) t+ ( Φ i+ Φ 2)]，得到中频为[οο8(ω1-ω2) +(Φ1"Φ2)]但是由于只有一个接收通道，测到的信号的相位是随时间变化的。上面提到要测量相频特性，必须同时测量输入信号和输出信号的相位。因为只有一个接收通道，不可能同时测量输入和输出信号的相位。
发明内容
本发明目的是解决现有数字中频频谱分析仪只有一个接收通道，不可能同时测量输入和输出信号的相位的问题，提供一种数字中频频谱分析分析仪在网络分析测量中测量相位的方法。
如果数字中频频谱分析仪在任何时刻测量相位值都不随时间变化，那么先测量器件输入信号的相位φ ，再测量通过器件后输出信号的相位φ2，与同时测量相位φ 和相位φ2得到的结果是一样的。那么数字中频频谱分析仪一个接收机测量相位差是可以做到的。即先测量输入信号相位φ ，记录，再测量接入被测件后的输出信号相位φ2，相位φ2减去记录的输入信号相位φ ，得到的相位差即相频特性。为实现上述测量目的，本发明在数字中频频谱分析仪中增加一个采样时钟分频控制电路，该采样时钟分频控制电路由一个分频次数为ΜΧ2η的分频器和一个或门组成，η和 M可以选择大于等于1的任意整数。数字中频频谱分析仪的中频采样时钟分成两路，一路接分频器的输入端，另一路接或门的一个输入端1，分频器的输出端接或门的另一个输入端 2，或门的输出3作为受控的采样时钟信号连接到数字中频频谱分析仪的中频信号的模数转换器A/D上。本发明利用以上所述电路测量被测件相频特性的方法的具体步骤是1)具有采样时钟分频控制电路的数字中频频谱分析仪在网络分析测量中产生受控的中频采样时钟的方法，该方法根据数字中频频谱分析仪的中频信号频率值选取中频采样时钟频率值，当采用低通采样模式时选f_X2n ；当采用带通采样模式时选�3 #=211江+_43 #)，11可以选择大于等于1的任意整数，中频采样时钟通过分频器分频后作为触发信号，分频器输出的触发信号为低电平时中频采样时钟可以通过或门，启动A/D 采样；分频器输出的触发信号为高电平时中频采样时钟不能通过或门，停止A/D采样；2)数字中频频谱分析仪的中频信号的频率值为f^s，分频器的输出作为控制测量相位的触发信号频率值为f ，当采用低通采样模式时f f ；当采用带通采样模式时f触发=(f中频采样)/M，M可以选择大于等于1的任意整数。用f触发作为开始测量f中 s的触发信号，得到稳定的相位。3)具有采样时钟分频控制电路的数字中频频谱分析仪先测量输入信号相位φ ，记录，再测量接入被测件后的输出信号相位φ2，相位φ2减去记录的输入信号相位φ ，得到的相位差即相频特性。众所周知，对于配有跟踪源的数字中频频谱分析仪，跟踪源发出的频率与数字中频频谱分析仪的工作频率永远是相同的，数字中频频谱分析仪接收跟踪源发出的信号而得到的中频信号也永远是固定频率，而中频采样时钟也与跟踪源采用同一频率基准，所以频率误差较小等于中频频率与频谱分析仪基准频率误差的乘积一般在小于10_6，造成的相位误差可忽略不记，而且测量相位差时可将此误差抵消掉。数字中频频谱分析仪的中频采样电路有两种情况，一种是低通采样(过采样)，一种是带通采样(欠采样)。根据奈奎斯特采样定理，如果我们以不低于信号最高频率两倍的采样速率对带宽有限信号进行采样，那么所得到的离散采样值就能准确地确定原信号。对低通采样，为便于信号处理，采样频率一般取�采样=频Χ2η，η可以选择大于等于1的任意整数。对于这种情况，我们可以将采样时钟分频，分频次数为MX2n。f触发=f x#/MX2n= f_/M，M和η可以选择大于等于1的任意整数。分频后的信号作为开始测量相位的触发信号。带通采样时，带通采样定理如下，设一个带宽有限信号x(t)，其频带限制在(fL， fH)内，如果其采样速率f s满足
权利要求
1.一种使数字中频频谱分析仪在网络分析测量中具有测量相频特性功能的采样时钟分频控制电路，其特征在于该采样时钟分频控制电路由一个分频次数为MX2n的分频器和一个或门组成，η和M为大于等于1的任意整数；数字中频频谱分析仪的中频采样时钟分成两路，一路接分频器的输入端，另一路接或门的一个输入端(1)，分频器的输出端接或门的另一个输入端O)，或门的输出( 作为受控的采样时钟信号连接到数字中频频谱分析仪的中频信号的模数转换器A/D上。
2.一种利用权利要求1所述电路的测量被测件相频特性的方法，其特征在于1)具有权利要求1所述采样时钟分频控制电路的数字中频频谱分析仪在网络分析测量中产生受控的中频采样时钟的方法，该方法根据数字中频频谱分析仪的中频信号频率值选取中频采样时钟频率值；当采用低通采样模式时选f_=f_X2n;当采用带通采样模式时选f 2n(f+a-fx#)，η为大于等于1的任意整数，中频采样时钟通过分频器分频后作为触发信号，分频器输出的触发信号为低电平时中频采样时钟可以通过或门， 启动A/D采样；分频器输出的触发信号为高电平时中频采样时钟不能通过或门，停止A/D采样；2)数字中频频谱分析仪的中频信号的频率值为f^s，分频器的输出作为控制测量相位的触发信号频率值为；当用低通采样模式时f ；当采用带通采样模式时发=(f中频_f采样)/M，M为大于等于1的任意整数；用f触发作为开始测量f中频的触发信号，得到稳定的相位；3)具有采样时钟分频控制电路的数字中频频谱分析仪先测量输入信号相位φ ，记录， 再测量接入被测件后的输出信号相位φ2，相位φ2减去记录的输入信号相位φ ，得到的相位差即相频特性。
全文摘要
数字中频频谱分析仪在网络分析测量中测量相频特性的方法。本发明在数字中频频谱分析仪中增加一个采样时钟分频控制电路，采样时钟通过此电路后产生受控的采样时钟信号，1)中频采样时钟分频后作为触发信号f触发，控制启动和停止A/D采样。2)频谱分析仪的中频信号为f中频，当采用低通采样模式时f触发＝f中频/M；当采用带通采样模式时f触发＝(f中频-f采样)/M，M可以选择大于等于1的任意整数。用f触发作为开始测量f中频的触发信号，得到稳定的相位。3)先测量输入信号相位再测量接入被测件后的输出信号相位减去得到的相位差即相频特性。本发明实现了具有跟踪源的数字中频频谱分析仪可同时测量幅频特性和测量相频特性。
文档编号G01R25/00GK102323482SQ20111022365
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者齐进 申请人:天津市德力电子仪器有限公司
专业数控铣床产品供应商
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