CN102879643A - 一种新型频谱分析仪及方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型频谱分析仪及方法，被测信号依次经过衰减器或放大器、滤波器后输入至第一混频器的射频输入端；第一本振产生的扫频信号输入至第一混频器与被测信号混频后产生第一中频信号；第一中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第二混频器的射频输入端；第二本振的本振信号输入至第二混频器与第一中频信号混频后产生第二中频信号；第二中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第三混频器的射频输入端；第三本振的本振信号输入至第三混频器与第二中频信号混频后产生第三中频信号；第三中频信号经过放大器、滤波器后输入模数转换器ADC；模数转换器ADC输出的数字信号输入数字信号处理模块进行数据处理后输出至显示模块进行显示。

Description

一种新型频谱分析仪及方法
技术领域
本发明涉及一种频谱分析仪，尤其涉及一种中频数字化的频谱仪分析仪。
背景技术
频谱仪按对信号分析处理方法分为模拟式频谱仪、数字式频谱仪、模拟/数字混合式频谱仪。模拟式频谱仪是以扫描式为基础构成，采用滤波器或混频器将被分析信号中各频率分量逐一分离，再配合后续的检波得到信号的频谱，所有早期的频谱仪几乎都属于模拟滤波式或超外差结构，并被沿用至今。中频电路全部采用模拟器件，因而精度低、一致性差、体积大，且其性能随温度变化，受环境影响较大，当温度、湿度变化时，整机的性能下降严重，也难以满足进一步减少体积和功耗的要求。单纯的数字式频谱仪是非扫描式，以数字滤波器或FFT变换为基础构成，精度高、性能灵活，但受到数字系统工作频率的限制，一般用于低频段的实时分析，达不到宽频带高精度频谱分析。而模拟与数字相结合的频谱仪，兼顾了两者的优点，成为现在的主流频谱仪技术。
在现有频谱仪方案中，有的采用射频信号分段式，但是其硬件电路体积较大，且扫描速度慢。已经检索到的一种实现方案（专利申请号：200610013096.0，专利公开号：CN1804642A）虽然用两次变频方式，但是其测量信号的频率范围较小，只有1000MHz，且技术指标相对不高。
发明内容
    所要解决的技术问题：针对以上问题本发明提供了一种信号测量频率范围较高、硬件电
路简单、体积小、扫描速度快、性能指标高的新型频谱分析仪。
技术方案：针对以上不足本发明提供了一种新型频谱分析仪，其特征在于：包括射频信号处理模块、模数转换器ADC、数字信号处理模块、显示模块和控制模块；
射频模块信号处理模块包括接第一本振、第一混频器、第二本振、第二混频器、衰减器、放大器和滤波器；被测信号依次经过衰减器或放大器、滤波器后输入至第一混频器的射频输入端；第一本振产生的扫频信号输入至第一混频器与被测信号混频后产生第一中频信号；所述第一中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第二混频器的射频输入端；第二本振的本振信号输入至第二混频器与所述第一中频信号混频后产生第二中频信号；第二中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第三混频器的射频输入端；第三本振的本振信号输入至第三混频器与所述第二中频信号混频后产生第三中频信号；第三中频信号经过放大器、滤波器后输入模数转换器ADC；模数转换器ADC输出的数字信号输入数字信号处理模块进行数据处理后输出至显示模块进行显示；控制模块对射频信号处理模块、数字信号处理模块、显示模块进行控制。
所述被测信号的频率范围为9kHz~3GHz。
所述的第三中频信号频率为10.7MHz。
所述的频谱的分辨率带宽为1Hz~3MHz。
所述的频谱的相位噪声为-95dBc/Hz。
所述的频谱的平均噪声电平为优于-148dBm。
一种中频数字化的频谱分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：被测信号依次经过衰减器或放大器、滤波器后输入至第一混频器的射频输入端；第一本振产生的扫频信号输入至第一混频器与被测信号混频后产生第一中频信号；
第二步：第一中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第二混频器的射频输入端；第二本振的本振信号输入至第二混频器与所述第一中频信号混频后产生第二中频信号；
第三步：第二中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第三混频器的射频输入端；第三本振的本振信号输入至第三混频器与所述第二中频信号混频后产生第三中频信号；
第四步：第三中频信号经过放大器、滤波器后输入模数转换器ADC；
第五步：模数转换器ADC输出的数字信号输入数字信号处理模块进行数据处理后输出至显示模块进行显示。
有益效果：本发明实现了较高信号测量频率范围。通过三次变频的方式实现了9kHz~3GHz的频率测量范围。
本发明硬件电路简单，减小了体积。由于采用了非分段式频率扫描方式，一次性完成全频段扫描，减少了大量的射频模拟器件、电路。
本发明提高了扫描速度。由于采用了非分段式频率扫描方式，一次性完成全频段扫描，没有了分段扫描时频段切换时的电路切换和等待时间，从而提高了扫描速度。
本发明具有较高性能指标。本方案实现了-95dBm/Hz的相位噪声（偏移10kHz）和优于-148dBm的平均噪声电平。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为射频信号处理模块结构框图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细地说明。
如图1所示，一种新型频谱分析仪，包括射频信号处理模块、模数转换器ADC、数字信号处理模块、显示模块和控制模块。
如图2所示，所述射频模块信号处理模块包括接第一本振、第一混频器、第二本振、第二混频器、衰减器、放大器和滤波器。
被测信号依次经过衰减器或放大器、滤波器后输入至第一混频器的射频输入端；
所述第一本振产生的扫频信号输入至第一混频器与被测信号混频后产生第一中频信号；所述第一中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第二混频器的射频输入端；
所述第二本振的本振信号输入至第二混频器与所述第一中频信号混频后产生第二中频信号；
所述第二中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第三混频器的射频输入端；
所述第三本振的本振信号输入至第三混频器与所述第二中频信号混频后产生第三中频信号；
所述第三中频信号经过放大器、滤波器后输入模数转换器ADC；
模数转换器ADC输出的数字信号输入数字信号处理模块进行数据处理后输出至显示模块进行显示；
控制模块对射频信号处理模块、数字信号处理模块、显示模块以及按键、接口进行控制。
所述射频信号处理模块的为三次变频模式。使得输入的被测信号的频率范围增大，达到了9kHz~3GHz。
所述第三中频信号频率为10.7MHz。
一种中频数字化的频谱分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：被测信号依次经过衰减器或放大器、滤波器后输入至第一混频器的射频输入端；第一本振产生的扫频信号输入至第一混频器与被测信号混频后产生第一中频信号；
第二步：第一中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第二混频器的射频输入端；第二本振的本振信号输入至第二混频器与所述第一中频信号混频后产生第二中频信号；
第三步：第二中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第三混频器的射频输入端；第三本振的本振信号输入至第三混频器与所述第二中频信号混频后产生第三中频信号；
第四步：第三中频信号经过放大器、滤波器后输入模数转换器ADC；
第五步：模数转换器ADC输出的数字信号输入数字信号处理模块进行数据处理后输出至显示模块进行显示。
本发明的新型频谱分析仪，主要指标如下：
频率范围：9kHz~3GHz
分辨率带宽：1Hz~3MHz（1-3-10步进，误差5%）
相位噪声：-95dBc/Hz
平均噪声电平：优于-148dBm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种新型频谱分析仪，其特征在于：包括射频信号处理模块、模数转换器ADC、数字信号处理模块、显示模块和控制模块；
射频模块信号处理模块包括接第一本振、第一混频器、第二本振、第二混频器、衰减器、放大器和滤波器；被测信号依次经过衰减器或放大器、滤波器后输入至第一混频器的射频输入端；第一本振产生的扫频信号输入至第一混频器与被测信号混频后产生第一中频信号；所述第一中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第二混频器的射频输入端；第二本振的本振信号输入至第二混频器与所述第一中频信号混频后产生第二中频信号；第二中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第三混频器的射频输入端；第三本振的本振信号输入至第三混频器与所述第二中频信号混频后产生第三中频信号；第三中频信号经过放大器、滤波器后输入模数转换器ADC；模数转换器ADC输出的数字信号输入数字信号处理模块进行数据处理后输出至显示模块进行显示；控制模块对射频信号处理模块、数字信号处理模块、显示模块进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种中频数字化的频谱分析仪，其特征在于：所述被测信号的频率范围为9kHz~3GHz。
3.根据权利要求1所述的一种中频数字化的频谱分析仪，其特征在于：所述的第三中频信号频率为10.7MHz。
4.根据权利要求1所述的一种中频数字化的频谱分析仪，其特征在于：所述的频谱的分辨率带宽为1Hz~3MHz。
5.根据权利要求1所述的一种中频数字化的频谱分析仪，其特征在于：所述的频谱的相位噪声为-95dBc/Hz。
6.根据权利要求1所述的一种中频数字化的频谱分析仪，其特征在于：所述的频谱的平均噪声电平为优于-148dBm。
7.根据权利要求1所述的一种中频数字化的频谱分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：被测信号依次经过衰减器或放大器、滤波器后输入至第一混频器的射频输入端；第一本振产生的扫频信号输入至第一混频器与被测信号混频后产生第一中频信号；
第二步：第一中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第二混频器的射频输入端；第二本振的本振信号输入至第二混频器与所述第一中频信号混频后产生第二中频信号；
第三步：第二中频信号依次经过放大器、滤波器放大后输入至第三混频器的射频输入端；第三本振的本振信号输入至第三混频器与所述第二中频信号混频后产生第三中频信号；
第四步：第三中频信号经过放大器、滤波器后输入模数转换器ADC；
第五步：模数转换器ADC输出的数字信号输入数字信号处理模块进行数据处理后输出至显示模块进行显示。
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