CN102879644A - 利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，射频信号首先通过第一混频器与第一本振混频产生第一中频,第一中频经过第一滤波器滤波处理后通过第二混频器与第二本振混频产生第二中频，第二中频经过第二滤波器滤波处理后通过第三混频器与第三本振混频产生第三中频,其特征在于：在第三中频与数字中频处理部分之间还设有模拟带宽切换模块，第三中频经过模拟带宽切换模块后,在数字中频处理部分完成ADC采样数字化、数字信号处理以及频谱分析。本发明在分辨率带宽设置得比较小的情况下，模拟中频通过窄带滤波尽量多的滤除进入数字中频处理模块的噪声，提高信号的信噪比，提高测量的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及频谱分析仪领域，尤其是射频频谱分析仪分辨率带宽的系统，具体为利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统。
背景技术
分辨率带宽是频谱分析仪的主要的技术指标之一，分辨率带宽越小，区分靠近在一起的信号的能力就越强。频谱分析仪按照实现方式分为两种，过去的频谱仪一般都是模拟式的，滤波器以模拟滤波器为主，这种频谱仪不能获得实时频谱，且由于模拟滤波器会受到非线性、温漂、老化等影响，测量精度不高，分辨率不会很高。现在的频谱仪都是数字式的，也就是全数字中频的频谱分析仪，这种频谱仪基于数字滤波器，故而形状因子好，频率分辨率高，稳定性优良，并且可以实现很窄的分辨率带宽，而测量精度较高，测量速度更快，实时性也更强。因此在数字式频谱分析仪中，分辨率带宽滤波是数字中频处理模块设计的关键，它不仅决定了频谱分析的有效信号带宽，同时表征频谱仪在响应中明确分离出两个输入信号的能力。由于数字滤波器特别是阶数较高的数字滤波器，比如FIR滤波器，可以设计成过渡带小、阻带衰减高且具有很好波形因子的频率响应，可以满足频谱分析仪对分辨率带宽滤波器的特别要求。频谱仪的分辨率带宽也就完全由数字滤波器来决定，如图1所示，射频信号经过射频下变频后的模拟中频经过简单的滤波直接送至数字中频模块进行数字处理和分析，模拟中频的带宽一般有几兆赫兹，带宽内的噪声同时传送给数字中频模块，信号的信噪比受到恶化。
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利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽切换的系统，在分辨率带宽的设置比较窄的情况下，将模拟中频切换到窄带滤波器通道，使得输出信号的信噪比得到提高，从而可以提高频谱仪的灵敏度。
技术方案：针对以上不足本发明提供了一种利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，包括第一滤波器、第一混频器、第一本振、第二混频器、第二滤波器、第二本振、第三混频器、第三本振、数字中频处理部分；射频信号首先通过第一混频器与第一本振混频产生第一中频,第一中频经过第一滤波器滤波处理后通过第二混频器与第二本振混频产生第二中频，第二中频经过第二滤波器滤波处理后通过第三混频器与第三本振混频产生第三中频, 其特征在于：在第三中频与数字中频处理部分之间还设有模拟带宽切换模块，第三中频经过模拟带宽切换模块后,在数字中频处理部分完成ADC采样数字化、数字信号处理以及频谱分析。
所述的第三中频为模拟中频，模拟中频经过模拟带宽切换模块模拟滤波后，通过数字中频处理部分的ADC采样及数字滤波器完成分辨率带宽的实现。
所述的模拟中频在进入到模拟带宽切换模块之前，有两条滤波通道由其选择通过，一条宽带宽滤波通道，一条窄带宽滤波通道，所述的模拟带宽切换模块预切换至宽带宽滤波通道或窄带宽滤波通道，是通过频谱仪所设置的分辨率带宽的大小来确定的，设定分辨率带宽的中间值为100KHz，与该中间值比较后选择通过其中的一个滤波通道：
①当频谱仪设置的分辨率带宽大于100KHz时，模拟中频选择经过3MHz带宽的滤波器完成滤波，该模拟滤波器采用无源LC带通滤波器作为宽带宽滤波通道；
②当频谱仪设置的分辨率带宽小于或者等于100KHz时，模拟中频选择经过300KHz带宽的滤波器完成滤波，该模拟滤波器采用陶瓷滤波器作为窄带宽滤波通道。
所述的模拟带宽切换模块的预切换是通过两个单刀双掷开关的开关切换来完成的，两个单刀双掷开关分别处于滤波器通道的输入以及输出端，当两个开关同时接通其中一个滤波器的两端时，该滤波器通道则被选择。
所述的开关的状态由基于ARM的控制系统来控制，当频谱仪的分辨率带宽被设置好后，ARM控制系统首先将所设置分辨率带宽与中间值做比较，来判断模拟中频该经过哪条滤波通道完成滤波，之后将控制单刀双掷开关的命令以二进制数据的形式通过数据总线发送至射频前端模块，射频前端模块则由CPLD“可编程逻辑器件”接收数据，经过地址译码后，CPLD将控制码发送给单刀双掷开关，通过同时控制两个单刀双掷开关实现两个滤波通道之间的切换。
在所述的LC带通滤波器后还设有一个电阻衰减网络。
有益效果：本发明在分辨率带宽设置得比较小的情况下，模拟中频通过窄带滤波尽量多的滤除进入数字中频处理模块的噪声，提高信号的信噪比，提高测量的灵敏度。
附图说明
图1：无模拟带宽切换的原理框图；
图2：具有模拟带宽预切换的原理框图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细地说明。
如图2所示，射频输入信号进入射频前端通道后，采用三级变频的方式实现射频下变频，一种利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，包括第一滤波器、第一混频器、第一本振、第二混频器、第二滤波器、第二本振、第三混频器、第三本振、数字中频处理部分；射频信号首先通过第一混频器与第一本振混频产生第一中频,第一中频经过第一滤波器滤波处理后通过第二混频器与第二本振混频产生第二中频，第二中频经过第二滤波器滤波处理后通过第三混频器与第三本振混频产生第三中频, 在第三中频与数字中频处理部分之间还设有模拟带宽切换模块，第三中频经过模拟带宽切换模块后,在数字中频处理部分完成ADC采样数字化、数字信号处理以及频谱分析。
利用模拟带宽预切换实现频谱仪的分辨率带宽，射频信号经过下变频后的第三中频为模拟中频，该模拟中频在进入到模拟带宽切换模块之前，有两条滤波通道由其选择通过，其中一条滤波通道的带宽相对比较宽，可以达到3MHz，另外一条滤波通道的带宽相对比较窄，只有300KHz。模拟中频经过模拟带宽切换模块模拟滤波后，通过数字中频处理部分的ADC采样及数字滤波器完成分辨率带宽的实现。
模拟带宽切换模块预切换至哪条滤波通道，是通过频谱仪所设置的分辨率带宽的大小来确定的，设定分辨率带宽的中间值为100KHz，与该中间值比较后选择通过其中的一个滤波器：
①当频谱仪设置的分辨率带宽大于100KHz时，模拟中频选择经过3MHz带宽的滤波器完成滤波，模拟中频经过3MHz的滤波器，保证了频谱信号分析的实时性。
该模拟滤波器采用无源LC带通滤波器的形式来实现，由电感、电容组合而成，LC带通滤波器具有结构简单、成本低、运行可靠性较高等特点，可以很好的满足模拟中频的滤波要求。
②当频谱仪设置的分辨率带宽小于或者等于100KHz时，模拟中频选择经过300KHz带宽的滤波器完成滤波，在分辨率带宽设置得比较小的情况下，模拟中频经过300KHz的滤波器，尽量多的滤除带宽外的噪声后，再传送至ADC进行采样，提高了采样信号的信噪比，提高了测量的灵敏度。
由于该模拟滤波器带宽比较窄，本发明采用陶瓷滤波器作为该通道的滤波器，陶瓷滤波器具有Q值高、幅频、相频特性好，体积小、信噪比高等特点。可以很好的满足模拟中频窄带滤波的要求。
模拟带宽切换模块的预切换是通过两个单刀双掷开关的开关切换来完成的，两个单刀双掷开关分别处于滤波器通道的输入以及输出端，当两个开关同时接通其中一个滤波器的两端时，该滤波器通道则被选择。开关的状态由基于ARM的控制系统来控制，当频谱仪的分辨率带宽被设置好后，ARM控制系统首先将所设置分辨率带宽与中间值做比较，来判断模拟中频该经过哪条滤波通道完成滤波，之后将控制单刀双掷开关的命令以二进制数据的形式通过数据总线发送至射频前端模块，射频前端模块则由CPLD“可编程逻辑器件”接收数据，经过地址译码后，CPLD将控制码发送给单刀双掷开关，通过同时控制两个单刀双掷开关实现两个滤波通道之间的切换。
由于两个滤波器通道的滤波器的插入损耗并不一致，为了消除由此带来的带宽转换幅度误差，保证系统增益的一致性，在插入损耗相对稍小的LC带通滤波器后增加一个电阻衰减网络，以达到和陶瓷滤波器相同的插入损耗。
经过模拟带宽切换模块预切换后的模拟中频，由数字滤波器的带宽决定频谱仪的分辨率带宽，利用数字滤波器可以实现很窄的分辨率带宽，并且可以设计成过渡带小、阻带衰减高且具有很好波形因子的频率响应，利用数字滤波器的这些特征，频谱仪的分辨率带宽可以设计得非常小，可以做到1Hz。利用FPGA（现场可编程大规模集成电路）设计实现数字滤波器，分辨率带宽是通过多抽取率滤波器设计实现的，针对下变频后依然过采样的数据流，则需要以不同速率的滤波和抽取，以得到不同的实时分析带宽，这样实际的抽取率变化范围很大，当需要较窄的分辨率带宽时，其抽取率很高，要求采用多级的滤波和抽取来逐步降低采样率，这样也降低了对每一级抗混叠滤波器的要求。
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 (6)
1.一种利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，包括第一滤波器、第一混频器、第一本振、第二混频器、第二滤波器、第二本振、第三混频器、第三本振、数字中频处理部分；射频信号首先通过第一混频器与第一本振混频产生第一中频,第一中频经过第一滤波器滤波处理后通过第二混频器与第二本振混频产生第二中频，第二中频经过第二滤波器滤波处理后通过第三混频器与第三本振混频产生第三中频, 其特征在于：在第三中频与数字中频处理部分之间还设有模拟带宽切换模块，第三中频经过模拟带宽切换模块后,在数字中频处理部分完成ADC采样数字化、数字信号处理以及频谱分析。
2.根据权利要求1所述的利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，其特征在于：所述的第三中频为模拟中频，模拟中频经过模拟带宽切换模块模拟滤波后，通过数字中频处理部分的ADC采样及数字滤波器完成分辨率带宽的实现。
3.根据权利要求2所述的利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，其特征在于：所述的模拟中频在进入到模拟带宽切换模块之前，有两条滤波通道由其选择通过，一条宽带宽滤波通道，一条窄带宽滤波通道，所述的模拟带宽切换模块预切换至宽带宽滤波通道或窄带宽滤波通道，是通过频谱仪所设置的分辨率带宽的大小来确定的，设定分辨率带宽的中间值为100KHz，与该中间值比较后选择通过其中的一个滤波通道：
①当频谱仪设置的分辨率带宽大于100KHz时，模拟中频选择经过3MHz带宽的滤波器完成滤波，该模拟滤波器采用无源LC带通滤波器作为宽带宽滤波通道；
②当频谱仪设置的分辨率带宽小于或者等于100KHz时，模拟中频选择经过300KHz带宽的滤波器完成滤波，该模拟滤波器采用陶瓷滤波器作为窄带宽滤波通道。
4.根据权利要求2或3所述的利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，其特征在于：所述的模拟带宽切换模块的预切换是通过两个单刀双掷开关的开关切换来完成的，两个单刀双掷开关分别处于滤波器通道的输入以及输出端，当两个开关同时接通其中一个滤波器的两端时，该滤波器通道则被选择。
5.根据权利要求4所述的利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，其特征在于：所述的开关的状态由基于ARM的控制系统来控制，当频谱仪的分辨率带宽被设置好后，ARM控制系统首先将所设置分辨率带宽与中间值做比较，来判断模拟中频该经过哪条滤波通道完成滤波，之后将控制单刀双掷开关的命令以二进制数据的形式通过数据总线发送至射频前端模块，射频前端模块则由CPLD“可编程逻辑器件”接收数据，经过地址译码后，CPLD将控制码发送给单刀双掷开关，通过同时控制两个单刀双掷开关实现两个滤波通道之间的切换。
6. 根据权利要求3所述的利用模拟带宽预切换实现频谱仪分辨率带宽的系统，其特征在于：在所述的LC带通滤波器后还设有一个电阻衰减网络。
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