CN102928665A - 一种中频数字化的频谱分析仪及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中频数字化的频谱分析仪，包括模数转换器ADC、数字下变频器、抽取滤波器、数字检波器、视频滤波器、存储器、显示器和控制器；模拟中频信号输入模数转换器ADC，数字下变频器产生正交的两路信号，并同模数转换器ADC采样输出的信号进行混频，得到同相信号I_data和正交信号Q_data，抽取滤波器的输出连接至数字检波器；数字检波器的输出连接至视频滤波器；视频滤波器的输出连接至存储器；存储器的输出连接至显示器；控制器进行整体控制；相信号I_data和正交信号Q_data分别通过抽取滤波器进行数据速率转换和滤波，通过数字检波器进行数字检波，通过视频滤波器进行视频滤波后得到输入信号的频谱。

Description

一种中频数字化的频谱分析仪及其方法

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。

在具有数字中频系统的频谱仪中，已经检索到的一种实现方案（专利申请号：200910243898.4，申请公布号：CN102109555A）虽然实现了中频数字化，但是其实现方式较为复杂，灵活性不够，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结构简单，灵活性强，技术指标较高的中频数字化的频谱仪分析仪。

技术方案：针对以上不足本发明提供了一种中频数字化的频谱分析仪，其特征在于：包括模数转换器ADC、数字下变频器、抽取滤波器、数字检波器、视频滤波器、存储器、显示器和控制器；

模拟中频信号输入模数转换器ADC，数字下变频器产生正交的两路信号，并同模数转换器ADC采样输出的信号进行混频，得到同相信号I_data 和正交信号Q_data，抽取滤波器的输出连接至数字检波器；数字检波器的输出连接至视频滤波器；视频滤波器的输出连接至存储器；存储器的输出连接至显示器；控制器进行整体控制；

相信号I_data 和正交信号Q_data分别通过抽取滤波器进行数据速率转换和滤波，通过数字检波器进行数字检波，通过视频滤波器进行视频滤波后得到输入信号的频谱。

所述抽取滤波器包括CIC滤波器、HB滤波器、FIR滤波器；CIC滤波器的输出连接至HB滤波器；HB滤波器的输出连接至FIR滤波器；相信号I_data 和正交信号Q_data输入CIC滤波器，经过HB滤波器后由FIR滤波器输出基带信号。

所述频谱的分辨率带宽：1Hz~3MHz。

所述频谱的形状因子：小于5:1，60dB/3dB带宽比。

所述频谱的平均噪声电平：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：数字下变频器产生正交的两路信号；并同模数转换器ADC采样输出的信号进行混频，得到同相信号I_data 和正交信号Q_data；

第二步：同相信号I_data 和正交信号Q_data通过数字抽取滤波滤除信号中的高频分量并通过数据抽取将数据速率降低，通过数字检波器进行数字检波，通过视频滤波器进行视频滤波后得到输入信号的频谱。

有益效果：本发明方案结构较为灵活，具有可扩展性。本发明中的数字下变频器、抽取滤波器、数字检波器、视频滤波器和存储器等均是基于现场可编程门阵列来实现，可以适应不同的系统的要求，采用灵活的结构满足不同的需要，提高了系统的适用性及可扩展性。

本发明采用的硬件结构非常简单，所以需要采购和装配的元器件很少，同时生产、调试和维护的成本较低，且调试和维护都很轻松。

本发明具有较高性能指标。本方案实现了1Hz的分辨率带宽和优于-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为抽取滤波器的结构框图。

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，一种中频数字化的频谱分析仪，包括模数转换器ADC、数字下变频器、抽取滤波器、数字检波器、视频滤波器、存储器、显示器和控制器；

模拟中频信号输入模数转换器ADC，数字下变频器产生正交的两路信号，并同模数转换器ADC采样输出的信号进行混频，得到同相信号I_data 和正交信号Q_data，抽取滤波器的输出连接至数字检波器；数字检波器的输出连接至视频滤波器；视频滤波器的输出连接至存储器；存储器的输出连接至显示器；控制器进行整体控制；

相信号I_data 和正交信号Q_data分别通过抽取滤波器进行数据速率转换和滤波，通过数字检波器进行数字检波，通过视频滤波器进行视频滤波后得到输入信号的频谱。

如图2所示，所述抽取滤波器包括CIC滤波器、HB滤波器、FIR滤波器；CIC滤波器的输出连接至HB滤波器；HB滤波器的输出连接至FIR滤波器；相信号I_data 和正交信号Q_data输入CIC滤波器，经过HB滤波器后由FIR滤波器输出基带信号。

一种中频数字化的频谱分析方法，包括以下步骤：

第一步：数字下变频器产生正交的两路信号；并同模数转换器ADC采样输出的信号进行混频，得到同相信号I_data 和正交信号Q_data；

第二步：同相信号I_data 和正交信号Q_data通过数字抽取滤波滤除信号中的高频分量并通过数据抽取将数据速率降低，通过数字检波器进行数字检波，通过视频滤波器进行视频滤波后得到输入信号的频谱。

各个功能模块的同步关系和相关参数的配置由控制器完成。

本发明的中频数字化的频谱分析仪，主要指标如下：

分辨率带宽：1Hz~3MHz（1-3-10步进，误差5%）

形状因子：小于5:1(60dB/3dB带宽比)

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 (6)

1.一种中频数字化的频谱分析仪，其特征在于：包括模数转换器ADC、数字下变频器、

抽取滤波器、数字检波器、视频滤波器、存储器、显示器和控制器；

模拟中频信号输入模数转换器ADC，数字下变频器产生正交的两路信号，并同模数转换器ADC采样输出的信号进行混频，得到同相信号I_data 和正交信号Q_data，抽取滤波器的输出连接至数字检波器；数字检波器的输出连接至视频滤波器；视频滤波器的输出连接至存储器；存储器的输出连接至显示器；控制器进行整体控制；

相信号I_data 和正交信号Q_data分别通过抽取滤波器进行数据速率转换和滤波，通过数字检波器进行数字检波，通过视频滤波器进行视频滤波后得到输入信号的频谱。

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：所述抽取滤波器包括CIC滤波器、HB滤波器、FIR滤波器；CIC滤波器的输出连接至HB滤波器；HB滤波器的输出连接至FIR滤波器；相信号I_data 和正交信号Q_data输入CIC滤波器，经过HB滤波器后由FIR滤波器输出基带信号。

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：所述频谱的分辨率带宽：1Hz~3MHz。

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：所述频谱的形状因子：小于5:1，60dB/3dB带宽比。

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：所述频谱的平均噪声电平：优于-148dBm。

6.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：数字下变频器产生正交的两路信号；并同模数转换器ADC采样输出的信号进行混频，得到同相信号I_data 和正交信号Q_data；

第二步：同相信号I_data 和正交信号Q_data通过数字抽取滤波滤除信号中的高频分量并通过数据抽取将数据速率降低，通过数字检波器进行数字检波，通过视频滤波器进行视频滤波后得到输入信号的频谱。