CN102928664A - 逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统 - Google Patents
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Abstract
一种逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统，包括第一本振、第一混频器、第二本振、第二混频器、第三本振、第三混频器、数字中频处理模块、第一放大器、第一滤波器、第二放大器、第二滤波器；射频信号进入射频通道后送至第一混频器并与第一本振混频产生第一中频，第一中频经过第一放大器放大和第一滤波器滤波后由第二混频器将其与第二本振混频后产生第二中频，第二中频经过第二放大器放大和第二滤波器滤波后由第三混频器将其与第三本振混频后产生第三中频，射频信号经过三级变频完成射频下变频，数字中频处理模块用于进行数字处理。本发明第一本振在扫描过程中全程逐点锁相完成扫描，在扫宽宽度增加的情况下，提高了频谱仪的频率准确度。
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全频段扫描的系统，具体为利用逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统。
背景技术
随着各个领域不同场合对利用频谱分析仪测试要求的不断提高，频谱分析仪的本振技术已经逐步成为衡量频谱仪整机性能高低的关键技术之一，过去到现在的频谱分析仪一般都采用超外差的技术，都采取扫描第一本振，固定其余本振的方式，频谱仪整机的扫描通过第一本振的扫描来实现。因此第一本振的性能成为整机的关键。早期的频谱分析仪的第一本振使用开放式的YIG振荡器，频率稳定度较差，剩余调频也比较大，之后发展的锁频式本振，频率稳定度和剩余调频有所提高，目前的高性能频谱分析仪中的本振都是使用了锁相式合成本振，输出信号被锁定到稳定度非常高的参考频率上，参考频率一般由TCXO（温度补偿晶体振荡器）或者OCXO（恒温晶体振荡器）提供，合成本振可以达到非常小的剩余调频。频谱仪在设置好SPAN（扫宽宽度）和RBW（分辨率带宽）后，也决定了一次扫描过程中的扫描点数，扫描点数决定了第一本振按多大的步进扫描，扫描点数比较少的时候，本振在扫描过程中采用每点都锁相的方式，但是当扫描点数增多，特别是在全频段扫描的时候，考虑到扫描时间的因素，频谱仪的第一本振采取的是如图1所示的锁定起始频率点，或者锁定起始点和终止点两点，其余频点开环扫描的方式完成扫描，扫描过程中的本振具有一定的不确定性，这种方式影响了频谱仪整机测量的频率准确度。
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逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统，在扫描宽度和分辨率带宽处于任意设置的条件下，本振在扫描过程中对每个频率点逐点锁相扫描，提高了频谱仪在不同扫宽下的频率准确度。
技术方案：针对以上不足本发明提供了一种逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统，包括第一本振、第一混频器、第二本振、第二混频器、第三本振、第三混频器、数字中频处理模块；其特征在于：还包括第一放大器、第一滤波器、第二放大器、第二滤波器；射频信号进入射频通道后送至第一混频器并与第一本振混频产生第一中频，第一中频经过第一放大器放大和第一滤波器滤波后由第二混频器将其与第二本振混频后产生第二中频，第二中频经过第二放大器放大和第二滤波器滤波后由第三混频器将其与第三本振混频后产生第三中频，射频信号经过三级变频完成射频下变频，数字中频处理模块用于进行数字处理。
所述的第一本振采取逐点锁相扫描方式，即扫描全程逐点锁相，数字中频处理模块对数字下变频后的数字信号分为两种处理方式：一种是数字检波方式；另一种是FFT“快速傅里叶变换”方式；两种方式的选择是根据RBW“分辨率带宽”的设置来决定的；设置分辨率带宽的中间值为1kHz，将频谱仪所设置的分辨率带宽与1KHz比较后决定第一本振逐点锁相的步进设置方式：
①当频谱仪所设置分辨率带宽大于1KHz时，数字中频处理模块选择采用数字检波的方式，在数字检波的分析模式下，扫描宽度的设置直至全频段扫描；第一本振输出的扫描点数是根据频谱仪所设置的扫描宽度和分辨率带宽而得出的，在扫描宽度范围内的扫描点数决定了第一本振按照多大的步进值逐点输出频率,“扫描点数＞扫描宽度÷分辨率带宽，为了便于显示，通常固定设置为501、1001、2001点，步进值=扫描宽度÷扫描点数，且＜分辨率带宽”；
②当频谱仪所设置分辨率带宽小于或者等于1KHz时，数字中频处理模块选择采用FFT的方式，在FFT的分析模式下，扫描宽度的设置直至频谱仪的最小扫描宽度100Hz；第一本振输出的扫描点数是根据频谱仪所设置的扫描宽度和FFT的分析带宽而决定的，同样决定了在扫描宽度范围内第一本振按照多大的步进值逐点输出频率，“扫描点数=扫描宽度÷FFT分析带宽，步进值=扫描宽度÷扫描点数”。
所述的第一本振的扫描方式是通过基于ARM的控制系统来完成的。
所述的基于ARM的控制系统接收到频谱仪所设置的扫描宽度、分辨率带宽等参数后，比较所设置分辨率带宽和中间值1KHz后，选择采用数字检波方式还是FFT方式。计算出第一本振输出扫描的步进值，再根据扫描宽度、中心频率以及扫描步进值计算出第一本振在扫描范围内需要输出的起始频率以及以步进值累加的频率，“起始频率=中心频率-扫描宽度/2”，再将输出频率值依次转换为第一本振中分频器的分频比数据，以二进制的格式通过数据总线以6MHz以上的速率依次发送给射频前端模块，射频前端模块则由CPLD“可编程逻辑器件”负责接收ARM控制系统发送的数据，由于ARM控制系统对射频前端的控制由一组数据总线传送，所以在串行数据之前以地址码加以区分射频前端的各个功能模块，CPLD在接收数据前先对地址码进行译码，再决定将该组数据发送给第一本振；在扫描过程中，通过对第一本振发送分频比数据改变第一本振的输出频率；逐点输出的频率在锁相环的作用下都处于锁定的状态，在全频段扫描的状态下，第一本振逐点锁相完成扫描。
有益效果：本发明第一本振在扫描过程中全程逐点锁相完成扫描，在扫宽宽度增加的情况下，提高了频谱仪的频率准确度。
附图说明
图1: 扫描过程中开环扫描的原理框图；
图2: 扫描过程中逐点锁相的原理框图。
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，逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统，包括包括第一本振、第一混频器、第一放大器、第一滤波器、第二本振、第二混频器、第二放大器、第二滤波器、第三本振、第三混频器、数字中频处理模块；
射频信号进入射频通道后送至第一混频器并与第一本振混频产生第一中频，第一中频经过第一放大器放大和第一滤波器滤波后由第二混频器将其与第二本振混频后产生第二中频，第二中频经过第二放大器放大和第二滤波器滤波后由第三混频器将其与第三本振混频后产生第三中频，射频信号经过三级变频完成射频下变频，数字中频处理模块用于进行数字处理。
第三中频在数字中频处理模块经过ADC采样数字化、数字下变频，最终在FPGA或者DSP中进行数据处理，完成频谱分析。
利用逐点锁相实现频谱仪全频段扫描，频谱仪全频段的扫描通过第一本振的扫描来实现，第一本振的扫描范围覆盖射频信号输入范围，第一本振以不同条件设置下的步进逐点输出完成扫描，并且在扫描过程中输出的每个频率点都处于锁定状态，即扫描全程逐点锁相。
第一本振扫描时逐点锁相的步进根据数字中频处理模块对数字信号处理方式的不同分为两种设置方式。数字中频处理模块对数字下变频后的数字信号分为两种处理方式：一种是数字检波方式；另一种是FFT（快速傅里叶变换）方式。两种方式的选择是根据RBW（分辨率带宽）的设置来决定的。设置分辨率带宽的中间值为1kHz，将频谱仪所设置的分辨率带宽与1KHz比较后决定第一本振逐点锁相的步进设置方式。
①当频谱仪所设置分辨率带宽大于1KHz时，数字中频处理模块选择采用数字检波的方式，在数字检波的分析模式下，扫描宽度的设置一般都比较宽，直至全频段扫描，第一本振输出的扫描点数是根据频谱仪所设置的扫描宽度和分辨率带宽而得出的，在扫描宽度范围内的扫描点数决定了第一本振按照多大的步进值逐点输出频率。扫描点数＞扫描宽度÷分辨率带宽，为了便于显示，通常固定设置为501、1001、2001点，步进值=扫描宽度÷扫描点数，且＜分辨率带宽”。
②当频谱仪所设置分辨率带宽小于或者等于1KHz时，数字中频处理模块选择采用FFT的方式，在FFT的分析模式下，扫描宽度的设置相对比较窄，直至频谱仪的最小扫描宽度100Hz,第一本振输出的扫描点数是根据频谱仪所设置的扫描宽度和分辨率带宽以及FFT的分析带宽而决定的，同样决定了在扫描宽度范围内第一本振按照多大的步进值逐点输出频率。“扫描点数=扫描宽度÷FFT分析带宽，步进值=扫描宽度÷扫描点数”。
在上述两种不同的设置条件下，不管第一本振按照哪种步进输出完成扫描，所输出的每个频率点都达到锁定状态，即使在全频段扫描的状态下，第一本振也是逐点锁相输出。因此在任何扫描宽度下，频谱仪的频率准确度都得到了较大的提高。
通过基于ARM的控制系统控制第一本振进行逐点锁相扫描，ARM控制系统接收到频谱仪所设置的扫描宽度、分辨率带宽等参数后，比较所设置分辨率带宽和中间值1KHz后，选择采用数字检波方式还是FFT方式。随后采用上述方法计算出第一本振输出扫描的步进值，再根据扫描宽度、中心频率以及扫描步进值计算出第一本振在扫描范围内需要输出的起始频率以及以步进值累加的频率，“起始频率=中心频率-扫描宽度/2”,再将输出频率值依次转换为第一本振中分频器的分频比数据，以二进制的格式通过数据总线以6MHz以上的速率依次发送给射频前端，射频前端模块则由CPLD“可编程逻辑器件”负责接收ARM控制系统发送的数据，由于ARM控制系统对射频前端的控制由一组数据总线传送，所以在串行数据之前以地址码加以区分射频前端的各个功能模块，CPLD在接收数据前先对地址码进行译码，再决定将该组数据发送给第一本振。在扫描过程中，通过对第一本振发送分频比数据改变第一本振的输出频率。逐点输出的频率在锁相环的作用下都处于锁定的状态，在全频段扫描的状态下，第一本振逐点锁相完成扫描，由于扫描点数比较多，提高第一本振的环路带宽可以减小锁相时间，消除逐点锁相带来的扫描速度减慢的影响，同时保证了不同带宽下测试的频率准确度。
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 (4)
1.一种逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统，包括第一本振、第一混频器、第二本振、第二混频器、第三本振、第三混频器、数字中频处理模块；其特征在于：还包括第一放大器、第一滤波器、第二放大器、第二滤波器；射频信号进入射频通道后送至第一混频器并与第一本振混频产生第一中频，第一中频经过第一放大器放大和第一滤波器滤波后由第二混频器将其与第二本振混频后产生第二中频，第二中频经过第二放大器放大和第二滤波器滤波后由第三混频器将其与第三本振混频后产生第三中频，射频信号经过三级变频完成射频下变频，数字中频处理模块用于进行数字处理。
2.根据权利要求1所述的逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统，其特征在于：所述的
第一本振采取逐点锁相扫描方式，即扫描全程逐点锁相，数字中频处理模块对数字下变频后的数字信号分为两种处理方式：一种是数字检波方式；另一种是FFT“快速傅里叶变换”方式；两种方式的选择是根据RBW“分辨率带宽”的设置来决定的；设置分辨率带宽的中间值为1kHz，将频谱仪所设置的分辨率带宽与1KHz比较后决定第一本振逐点锁相的步进设置方式：
①当频谱仪所设置分辨率带宽大于1KHz时，数字中频处理模块选择采用数字检波的方式，在数字检波的分析模式下，扫描宽度的设置直至全频段扫描；第一本振输出的扫描点数是根据频谱仪所设置的扫描宽度和分辨率带宽而得出的，在扫描宽度范围内的扫描点数决定了第一本振按照多大的步进值逐点输出频率,“扫描点数＞扫描宽度÷分辨率带宽，为了便于显示，通常固定设置为501、1001、2001点，步进值=扫描宽度÷扫描点数，且＜分辨率带宽”；
②当频谱仪所设置分辨率带宽小于或者等于1KHz时，数字中频处理模块选择采用FFT的方式，在FFT的分析模式下，扫描宽度的设置直至频谱仪的最小扫描宽度100Hz；第一本振输出的扫描点数是根据频谱仪所设置的扫描宽度和FFT的分析带宽而决定的，同样决定了在扫描宽度范围内第一本振按照多大的步进值逐点输出频率，“扫描点数=扫描宽度÷FFT分析带宽，步进值=扫描宽度÷扫描点数”。
3.根据权利要求2所述的逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统，其特征在于：所述的
第一本振的扫描方式是通过基于ARM的控制系统来完成的。
4.根据权利要求3所述的逐点锁相实现频谱仪全频段扫描的系统，其特征在于：所述的
基于ARM的控制系统接收到频谱仪所设置的扫描宽度、分辨率带宽等参数后，比较所设置分辨率带宽和中间值1KHz后，选择采用数字检波方式还是FFT方式；计算出第一本振输出扫描的步进值，再根据扫描宽度、中心频率以及扫描步进值计算出第一本振在扫描范围内需要输出的起始频率以及以步进值累加的频率，“起始频率=中心频率-扫描宽度/2”，再将输出频率值依次转换为第一本振中分频器的分频比数据，以二进制的格式通过数据总线以6MHz以上的速率依次发送给射频前端模块，射频前端模块则由CPLD“可编程逻辑器件”负责接收ARM控制系统发送的数据，由于ARM控制系统对射频前端的控制由一组数据总线传送，所以在串行数据之前以地址码加以区分射频前端的各个功能模块，CPLD在接收数据前先对地址码进行译码，再决定将该组数据发送给第一本振；在扫描过程中，通过对第一本振发送分频比数据改变第一本振的输出频率；逐点输出的频率在锁相环的作用下都处于锁定的状态，在全频段扫描的状态下，第一本振逐点锁相完成扫描。
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