CN101867381B - 利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法 - Google Patents

利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法 Download PDF

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本发明公开了一种利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法，射频下变频充分利用三种频率调协方式，将射频输入信号共分为五个波段进行下变频，利用开关滤波实现不同波段信号的选频，这样第一本振频率跨度窄、频率低；高波段利用多个带通滤波器实现选频和频率调谐，使射频带通滤波器的设计容易实现。本发明具有设计简洁易行、成本低优点。可广泛应用于经济型和手持式的射频频谱分析仪、射频接收机及射频网络分析仪的下变频模块中。

Description

利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法
技术领域
本发明涉及通讯领域，尤其是射频频谱仪射频信号下变频的方法，具体为利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法。
背景技术
频谱分析仪大都采用超外差技术对射频信号进行下变频处理，以获得可供处理的中频信号(通常从几十赫兆兹到几百兆赫兹)。由于对不同频率的射频下变频后要获得固定中频，所以需要较宽的射频本振来覆盖测量频率范围(一般要求本振信号的频率跨度与射频输入信号的频率范围相当)。在超外差式频谱分析仪中，为了避免射频输入与中频信号同频，低波段无一例外都是采用高中频方案。射频频谱仪一般采用两种方式来实现射频下变频。
第一种方式是采用宽本振全高中频方法实现下变频，如图1所示，这种方案的优点是射频输入只需要一低通滤波器即可，一个波段即完成射频信号下变频，射频通道无需开关切换，控制简单，全频段扫描时间快。但这种方案最大缺陷是要求第一本振频率跨度要大于射频输入频率范围，而且本振的最低频率远大于射频输入的最高频率；本振频率合成复杂、成本高、难度大。
第二种方式是采用高低两个波段方案来实现下变频，低波段同样采用高中频方案，高波段采用可调谐带通滤波器滤波后实现下变频。如图2所示，这种方案相对第一方案的优点是第一本振频率跨度相对窄、频率低，本振频率跨度只要大于射频输入频率范围的一半即可，而且本振最低频率大于射频输入中间频率即可。缺点是高波段可调谐滤波器实现难度大、成本高、扫描时间长。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法，通过窄带本振和开关滤波实现下变频，以解决传统技术的下变频方法难度大、成本高、扫描时间长的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法，采用多个并联的带通滤波器，所述带通滤波器并联电路输入端和输出端分别连接有开关滤波器，输出端开关滤波器的信号输出线上连接有第一本振，还包括相互并联的高波段通道和低波段通道，所述高波段通道为低通滤波器，低波段通道包括带通滤波器和与带通滤波器串联的第二本振，所述第一本振输出端通过双向开关与高波段通道和低波段通道并联电路的输入端连接，高波段通道和低波段通道并联电路的输出端通过另一个双向开关与第三本振输入端连接；其特征在于：将一定频率范围的射频输入信号输入至带通滤波器并联电路，被带通滤波器输入端的开关滤波器选择，射频输入信号分别输入至不同的所述带通滤波器中，并被带通滤波器分成多个频率范围的射频输入信号，通过带通滤波器并联电路输出端的开关滤波器将所述多个频率范围的射频输入信号依次输出至第一本振；在第一本振中依次将扫描到的多个频率范围的射频输入信号和第一本振的信号混合，混合后的信号分为第一中频、第二中频、低中频，通过第一本振输出端的双向开关，依次使高中频输入至高波段通道，第二中频、低中频输入至低波段通道；高波段通道和低波段通道并联电路通过输出端的双向选择开关，依次将经过高波段通道的高中频、经过低波段通道的第二中频、低中频输出至第三本振，并分别与第三本振信号混合后进行中频处理。
所述的利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法，其特征在于：所述第一本振的频率跨度大于输入至带通滤波器并联电路的射频信号频率范围的三分之一。
所述的利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法，其特征在于：所述第一本振对多个频率范围的射频输入信号的扫描由FPGA构成的扫描电路实现。
本发明中，根据射频输入频率范围来确定第一本振频率范围、合理划分频率波段、频率调谐方程、射频开关滤波器、混频的中频频率，实现低成本、设计简单。本振在扫描过程中由FPGA构成的扫描电路自动控制扫描速度、换波段、通道切换和回扫。本发明扫描过程全数字化控制，以数字化步进扫描代替模拟扫描，并且扫描时间及扫描点数可程控。
下变频总共存在三种频率调谐方式，如图3所示；为了尽量缩小第一本振频率跨度，这三种频率调谐方式如果在方案中都有使用，实际要求第一本振频率跨度大于射频频率范围三分之一即可，同样对本振频率要求也低。
其中“本振-射频＝高中频(一般称为“第一中频”)”这种频率调谐方式是所有频谱分析仪下变频方案必需采用的，主要是为了避免低波段射频频率与低中频频率相同，所以提高混频后中频频率，从而可以扩大低波段的射频输入频率范围。“本振-射频＝低中频(一般称为“第二中频”)”和“射频-本振＝低中频”这两种频率调谐方式是频谱分析仪高波段经常采用的。
由于低波段混频后采用高中频，中频频率高于低波段的最高射频输入频率，所以可以采用低通滤波器来来实现对射频信号的滤波。低通滤波器对于高中频的频率点要求有足够的抑制，否则存在中频馈通现象。高波段本振与射频信号混频后输出低中频，对射频信号的滤波必需采用带通滤波器，否则存在镜像和交调失真。
由于低通滤波器相对容易设计，在技术方案中使用一个低通滤波器即可满足设计要求。带通滤波器设计相对复杂，而且相对带宽有一定的要求，所以将“本振-射频＝第二频”和“射频-本振＝低中频”这两种混频采用带通滤波器完成射频信号的滤波，以简化射频带通滤波器的设计及失真信号的抑制。
本发明将射频输入信号共分为多个波段进行下变频，利用开关滤波实现不同波段信号的选频，这样第一本振频率跨度窄、频率低；高波段利用带通滤波器实现选频和频率调谐，解决了上述两种方案的存在的技术问题，具有简洁易行、成本低优点。可广泛应用于经济型和手持式的射频频谱分析仪、射频接收机及射频网络分析仪的下变频模块中。
本发明具有如下有益效果：
a、第一本振频率跨度窄、频率低；
b、通过合理划分扫描频率波段，使射频带通滤波器的设计容易、成本低；
c、可实现全程锁定，频率精度高；
d、数字方式控制，电路形式简单；
e、可广泛应用于经济型和手持式的射频频谱分析仪、射频接收机及射频网络分析仪的下变频模块中。
附图说明
图1是全高中频方案实现下变频框图。
图2是高低两波段方案实现下变频框图。
图3是本发明下变频技术方案实现框图。
图4是详细实施原理框图。
图5是扫描控制逻辑原理框图。
具体实施方式
如图4所示，射频输入信号的频率范围9kHz～3GHz，根据输入频率不同分别通过五个滤波器滤波后进入第一混频器，滤波器由两个五选一开关联动控制选通。即射频输入信号在全频段共分为五个波段BO、B1、B2、B3和B4，它们的频率范围如图4所示，BO波段的频率调谐方程为：
FLO1-FRF＝IF1(IF1＝1221.4MHz，通常称为第一中频，即高中频)
B1波段的频率调谐方程为：
FLO1-FRF＝IF2(IF2＝601.4MHz，通常称为第二中频)
B2、B3和B4波段的频率调谐方程为：
FRF-FLO1＝601.4MHz
其中FRF为射频输入信号，FLO1为第一本振。
BO波段的射频信号与FLO1混频后产生的IF1中频经二选一开关选通低波段通道，与FLO2(第二本振)混频产生IF2中频；B1、B2、B3和B4波段射频信号与FLO1混频后直接产生IF2中频，经二选一开关选通高波段通道。低波段通道与高波段通道产生的IF2中频经二选一开关选通与FLO3本振混频产生IF3信号进行中频处理。
如图5，图5是自动扫描控制逻辑，是由FPGA(现场可编程大规模集成电路)设计实现，主要包括扫描时序控制、射频通道开关自动控制、第一本振扫描频率控制、接口管理、时钟管理及时序控制五部分组成。扫描时序控制产生第一本振数字扫描所需的同步信号，包括高扫信号(Hscan)、主进程信号(Buc)和子进程信号(sBuc)，sBuc对应于VCO每个时序下的频率点及驻留时间，Buc对应于显示屏幕扫描迹线像素点，而Hscan信号与模拟扫描方式一致，决定了扫描时间。射频通道开关自动控制逻辑完成扫描时射频滤波通道和高低波段通道开关的自动切换控制。第一本振扫描频率控制完成扫描过程中本振环路中可变分频器分频数的刷新工作。接口管理主要负责与主控机的通信，采用ISA总线通信标准。时钟管理及时序控制完成系统时钟分配和自动扫描时射频通道开关、扫描时序和第一本振频率扫描的联动控制。

Claims (3)

1.利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法，采用多个并联的带通滤波器，所述带通滤波器并联电路输入端和输出端分别连接有开关滤波器，输出端开关滤波器的信号输出线上连接有第一本振，所述第一本振连接有相互并联的高波段通道和低波段通道，所述高波段通道为低通滤波器，低波段通道包括带通滤波器和与带通滤波器串联的第二本振，所述第一本振输出端通过双向开关与高波段通道和低波段通道并联电路的输入端连接，高波段通道和低波段通道并联电路的输出端通过另一个双向开关与第三本振输入端连接；其特征在于：将一定频率范围的射频输入信号输入至带通滤波器并联电路，被带通滤波器输入端的开关滤波器选择，射频输入信号分别输入至不同的所述带通滤波器中，并被带通滤波器分成多个频率范围的射频输入信号，通过带通滤波器并联电路输出端的开关滤波器将所述多个频率范围的射频输入信号依次输出至第一本振；在第一本振中依次将扫描到的多个频率范围的射频输入信号和第一本振的信号混合，混合后的信号分为第一中频、第二中频、低中频，通过第一本振输出端的双向开关，依次使高中频输入至高波段通道，第二中频、低中频输入至低波段通道；高波段通道和低波段通道并联电路通过输出端的双向选择开关，依次将经过高波段通道的高中频、经过低波段通道的第二中频、低中频输出至第三本振，并分别与第三本振信号混合后进行中频处理。
2.根据权利要求1所述的利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法，其特征在于：所述第一本振的频率跨度大于输入至带通滤波器并联电路的射频信号频率范围的三分之一。
3.根据权利要求1所述的利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法，其特征在于：所述第一本振对多个频率范围的射频输入信号的扫描由FPGA构成的扫描电路实现。
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