CN103575986A - 一种频谱分析仪射频前端低波段电路微波集成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频谱分析仪射频前端低波段电路微波集成装置，包括印制板，特征是在印制板上集成有第一变频单元、第一本振通道、两个3.9214GHz的第一带通滤波器、第二变频单元与零频抑制单元；第一变频单元设置有第一混频器，第一混频器二次谐波抑制能力达到70dB；第一本振通道设置有通过T形电阻衰减网络与第一放大器；两个第一带通滤波器分别采用吸收式宽边耦合滤波器和梳状波滤波器，并采用级联的形式，二者级联后其带外抑制可达到70dB以上；第二变频单元设置有第二混频器与第二放大器；零频抑制单元设置有耦合器与相位调整模块。本发明在一块印制板上完成了低波段两次变频、零频抑制等，大大优化了设计原理，同时在结构及布局上大为简化。

Description

一种频谱分析仪射频前端低波段电路微波集成装置

技术领域

本发明涉及频谱分析仪，尤其是与频谱分析仪的射频前端有关。

背景技术

现代频谱仪大多采用扫频超外差式接收方案，利用扫频第一本振的方法，被测信号经混频后得到固定的中频信号，经不同带宽滤波器后，就能观察到频差较小的两个信号。在宽带外差式频谱仪设计中，为消除镜像和多重响应等干扰，常采用两种方案：第一种是采用预选器；第二种是采用上变频。由于预选器频率受下限限制，宽带频谱仪总是被划分成高、低两个波段。低波段采用高中频的方案，它只要一个固定的低通滤波器而不是可调的低通或带通就可以对镜像进行抑制。高波段采用预选器对输入信号进行预选，有效地抑制镜像。对于低波段，先向上混频至一个高中频（例如3.9214GHz），然后该中频信号再与第二本振混频得到低中频信号（例如321.4MHz）。

这是目前频谱仪微波前端普遍采用的一种设计方法。该方法的低波段（3.1GHz以下）包含有3.1GHz的低通滤波器、0波段变频组件、3.9214GHz带通滤波器等微波组件。设计成本较高，结构布局、组件之间互联等比较复杂。

另外由于频谱仪是通过扫描第一本振的方式工作的，当本振频率与所输入的射频频率混频后得到3.9214GHz信号时，再经过后续一系列处理，在屏幕上就会观察到被测射频信号，其他情况下只会显示噪声。而当射频输入1.9607GHz（0dBm）信号时，低波段整个噪声抬高了约20dB，严重影响了测量效果及动态范围。原因是由于0波段组件设计原因，低波段上变频过程中，由于第一混频器本身的原因，导致射频信号1.9607GHz在经过混频器后，产生的二次谐波信号恰好为3.9214GHz的第一中频信号，该信号直接进入了中频输出端，使得在低波段本振信号无论扫描到哪个频率点，在第一中频输出端都会有3.9214GHz的中频信号泄漏到后端，导致频谱仪低波段噪底被整体抬高。

由上述可见，现有设计的不足主要表现在以下几个方面：

1、已有的低波段通道设计称本较高，结构复杂，连通性较差。

2、已有的设计方案对于1.9607GHz射频信号的二次谐波抑制能力较差，导致出现上文中所述的噪底被抬高的现象，使得信号测量动态范围严重恶化。

3、已有的零频抑制设计复杂，需要分别设计耦合器、移相器、幅相控制器、信号合成器等。这些单元均是通过微带线或带状线在印制板上设计的，由于印制板制作误差、设计误差等因素，上述单元设计难度均很大，一致性较差、设计成本较高。

发明内容

本发明的任务在于解决现有技术中频谱分析仪微波前端设计存在的不足，提供一种频谱分析仪射频前端低波段电路微波集成装置。

其技术解决方案是：

一种频谱分析仪射频前端低波段电路微波集成装置，包括印制板，在印制板上集成有：

第一变频单元，其设置有第一混频器，第一混频器二次谐波抑制能力达到70dB，本振与射频之间的隔离度达到55dB，本振与中频的隔离度达到42dB，射频及本振输入频率3GHz～10GHz，中频带宽达到4GHz；

第一本振通道，其设置有通过T形电阻衰减网络与第一放大器，第一本振信号在进入本振输入端口后，先通过T形电阻衰减网络，以实现与输入端口之间的阻抗匹配，经过衰减后的本振信号再进入第一放大电路，第一放大器的带宽达到10GHz，输出1dB压缩点达到29dB，第一放大器使第一本振信号幅度达到+17dBm；

两个3.9214GHz的第一带通滤波器，带宽为200MHz，用于抑制第一中频以外的泄漏信号、谐波分频信号，两个第一带通滤波器分别采用吸收式宽边耦合滤波器和梳状波滤波器，并采用级联的形式，二者级联后其带外抑制可达到70dB以上；

第二变频单元，其设置有第二混频器与第二放大器，用于将3.9214GHz第一中频信号变频至321.4MHz的第二中频，其将来自参考板的3.6GHz信号进行放大处理后，进入到第二混频器中与第一中频信号混频，再经过321.4MHz的第二带通滤波器滤除谐波、镜频信号后输出到中频板；

零频抑制单元，其设置有耦合器与相位调整模块，用于对零频所对应的3.9214GHz本振信号进行幅度和相位的调整。

上述第一混频器选用HMC787LC3B混频器，第一放大器选用HMC788LP2E放大器，第二混频器选用HMC213AMS8混频器，相位调整模块选用HMC346MS8G可控电子衰减器。

本发明具有以下有益技术效果：

一是将频谱分析仪低波段微波变频部分集成到一块印制板上，集成化程度大幅提高，能够降低成本，及提高技术指标。

二是优化了第一变频单元设计，降低1/2第一中频即1.9607GHz射频信号对整机灵敏度的影响。

三是采用新的零频抑制方法，优化设计流程，提高了零频抑制能力。

本发明在一块印制板上完成了低波段两次变频、零频抑制等，大大优化了设计原理，同时在结构及布局上大为简化。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作更进一步的说明：

图1为本发明一种实施方式的原理示意框图。

具体实施方式

结合图1，一种频谱分析仪射频前端低波段电路微波集成装置，包括印制板，在印制板上集成有：

第一变频单元，其设置有第一混频器1。第一混频器优选HMC787LC3B混频器，该混频器二次谐波抑制能力达到70dB，本振与射频之间的隔离度达到55dB，本振与中频的隔离度达到42dB，射频及本振输入频率3GHz～10GHz，中频带宽达到4GHz。可有效降低射频信号（尤其是1.9607GHz）的二次谐波泄漏到中频输出端的幅度，同时还可以有效降低本振泄漏到中频输出端的幅度，降低泄漏信号对后端中频电路的影响。

第一本振通道2，其设置有通过T形电阻衰减网络与第一放大器。第一本振信号在进入本振输入端口后，先通过T形电阻衰减网络，以实现与输入端口之间的阻抗匹配。经过衰减后的本振信号再进入第一放大电路，第一放大器优选HMC788LP2E放大器，其带宽达到10GHz，输出1dB压缩点达到29dB。利用第一放大器使第一本振信号幅度达到+17dBm,有效保证第一混频器工作在最佳状态。

两个3.9214GHz的第一带通滤波器3。其带宽为200MHz，以抑制第一中频以外的泄漏信号、谐波分频信号等。采用两个带通滤波器级联的形式，以增强对带外信号的抑制能力，两个带通滤波器分别采用吸收式宽边耦合滤波器和梳状波滤波器方式进行设计，二者级联后其带外抑制可达到70dB以上。

第二变频单元4，其设置有第二混频器与第二放大器。第二变频单元主要功能是将3.9214GHz第一中频信号变频至321.4MHz的第二中频。该单元将来自参考板的3.6GHz信号进行放大处理后，进入到第二混频器中与第一中频信号混频，再经过321.4MHz带通滤波器滤除谐波、镜频等信号后输出到中频板。第二混频器优选HMC213AMS8混频器。

零频抑制单元5，其设置有耦合器与相位调整模块。用于对零频所对应的3.9214GHz本振信号进行幅度和相位的调整，在印制板上中仅有耦合器和相位调整模块采用微带线或带状线设计。相位调整模块优选HMC346MS8G可控电子衰减器完成，其中的相位调整器可以实现360度任意相位，衰减器可以实现最大32dB的幅度衰减，能有效降低设计难度及设计成本。同时零频抑制的能力也大幅提升。

上述印制板上，集成了两次变频单元及零频抑制单元。简化设计流程的同时，提高了相关技术指标。

本发明通过对低波段工作模式进行优化处理，整个通道被集成到一块印制板上，有效节约设计及调试成本，提高整个通道的连通性和匹配性。主要表现在：

1、通过对第一混频器的精确设计，充分优化整机的相关技术指标，降低射频1.9607GHz信号输入时对低波段噪底的影响，提高测试灵敏度。

2、新的零频抑制技术，通过调整通过耦合得到的第一本振信号（该信号为射频输入为0Hz时，对应的本振信号3.9214GHz）的幅度和相位，使得其信号幅度和相位与本振泄漏到中频端的信号达到幅度大小相等，相位相差180度，从而充分抵消掉泄漏到中频端的3.9214GHz本振信号，进而降低零频信号的幅度，提高低频测试动态范围及准确度。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以作出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种频谱分析仪射频前端低波段电路微波集成装置，包括印制板，其特征在于在印制板上集成有：

第一变频单元，其设置有第一混频器，第一混频器二次谐波抑制能力达到70dB，本振与射频之间的隔离度达到55dB，本振与中频的隔离度达到42dB，射频及本振输入频率3GHz～10GHz，中频带宽达到4GHz；

第一本振通道，其设置有通过T形电阻衰减网络与第一放大器，第一本振信号在进入本振输入端口后，先通过T形电阻衰减网络，以实现与输入端口之间的阻抗匹配，经过衰减后的本振信号再进入第一放大电路，第一放大器的带宽达到10GHz，输出1dB压缩点达到29dB，第一放大器使第一本振信号幅度达到+17dBm；

两个3.9214GHz的第一带通滤波器，带宽为200MHz，用于抑制第一中频以外的泄漏信号、谐波分频信号，两个第一带通滤波器分别采用吸收式宽边耦合滤波器和梳状波滤波器，并采用级联的形式，二者级联后其带外抑制可达到70dB以上；

第二变频单元，其设置有第二混频器与第二放大器，用于将3.9214GHz第一中频信号变频至321.4MHz的第二中频，其将来自参考板的3.6GHz信号进行放大处理后，进入到第二混频器中与第一中频信号混频，再经过321.4MHz的第二带通滤波器滤除谐波、镜频信号后输出到中频板；

零频抑制单元，其设置有耦合器与相位调整模块，用于对零频所对应的3.9214GHz本振信号进行幅度和相位的调整。

2.根据权利要求1所述的一种频谱分析仪射频前端低波段电路微波集成装置，其特征在于：上述第一混频器选用HMC787LC3B混频器，第一放大器选用HMC788LP2E放大器，第二混频器选用HMC213AMS8混频器，相位调整模块选用HMC346MS8G可控电子衰减器。