CN103941092A - 一种频域快速扫描测量的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种频域快速扫描测量的装置，利用数字中频处理方法，通过锁相扫频本振与数字快扫相结合方式，提高了频域测量的精准度。在实际配置中，通过控制器发送扫描控制命令，实现了射频前端模块与数字中频处理模块的同步，同时在数字中频处理模块中添加了数字快扫部件，使用数字快扫部件对采样信号进行快速小步进扫描变频处理，再经分析带宽滤波器及检波模块提取幅相信息，这样利用数字技术的快速优点将大部分的扫描处理在数字中频处理模块中进行，这样大大节约了测量时间。
Description
技术领域
本发明属于外差扫描式频域测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种频域快速扫描测量的装置。
背景技术
随着无线电技术和通信技术的发展，信号的频域分析测量逐渐成为大频段范围信号分析的重要手段。其中对电信号参量进行测量，往往要对信号进行频域测量。大频段的频域分析测量方式通常是：将射频信号经外差扫描变频至中频，再经滤波器提取对应的频率分量，其中中频滤波按实现方式可分为模拟式和数字式两种，其主要区别在于中频部分分别采用了模拟中频或数字中频技术实现。模拟中频技术使用了模拟滤波器作为带宽滤波器，滤波器输出稳定需要一段响应时间，而随着滤波器带宽变窄，稳定时间会变长，所以在分析带宽较小时其所要求的响应时间就变得很长，从而造成了频域测量的扫描时间过长，测试效率低下，而数字中频技术采用数字滤波器技术可以较好地克服这个稳定时间较长的问题。
图1是传统的外差式频域测量装置的结构框图。
如图1所示，目前一般的外差扫描式频域测量装置通过本振扫描混频的方式得到中频信号再分析，依次获取被测信号不同频率分量的幅相信息。被测信号通过低通滤波器，与一个来自本地振荡器LO的信号进行混频，也就是进行频谱搬移得到中频信号，如果混频后输出的中频信号的频率落在分析带宽滤波器的带通范围内，那么该信号将通过分析带宽滤波器，经过后续的检波处理后输出显示。外差扫描式频域测量装置对被测信号的选择是按时间顺序进行的，是一个扫描调谐的过程，所以在某一瞬间只能执行一个频率点的信号扫频，扫描发生器发送扫描命令逐点实现扫宽内的全部频点扫描，其中分析带宽是频域测量的一项重要指标，通常是指分析带宽滤波器的3dB带宽，它表征了频域测量装置区分两个相同幅度，不同频率信号的能力。为达较高分辨力测试，射频前端在极细步进的频点上变频处理，对于以模拟器件为主的扫描本振同样需要较长的稳定时间，同样影响测量速度，同时，由于一般测量时间有限制，在测量时间内所检测到的步进频点数目也就受到限制，使得测量到信号幅值与频率精度同样受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种频域快速扫描测量的装置，利用数字中频处理方法，通过锁相扫频本振与数字快扫相结合方式，具有频域测量精度高、测量时间短的特点。
为实现上述发明目的，本发明
一种频域快速扫描测量的装置，其特征在于包括：一射频前端模块、一中频采样器、一控制器和一数字中频处理模块；
所述的射频前端模块包括：一射频通道、一锁相扫频本振模块、一变频模块和一射频前端滤波模块；所述的数字中频处理模块包括：一数字快扫部件、一分析带宽滤波器及检波模块；
射频信号RF经射频通道输入到变频模块，与锁相扫频本振模块产生的本振信号经混频处理后输入到射频前端滤波模块，射频前端滤波模块再进行滤波处理得到中频信号；
射频前端模块输出的中频信号经过中频采样器采样处理后得到中频数据，再将中频数据输入到数字中频处理模块，数字中频处理模块中的数字快扫部件在扫描宽度内按照扫频步进调谐输出数字正交信号，并与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理，得到基带信号；
装置启动时，控制器向锁相扫频本振模块发送第一个扫频点命令，锁相扫频本振模块在接收到控制器发送的该扫频点命令后生成第一个频点的本振信号；在第一个扫频点命令发送后，延迟时间T1，T1为锁相扫频本振模块产生一个本振信号与射频输入信号进行混频处理所需要的稳定时间，控制器再向数字快扫部件发送第一个快扫点命令，数字快扫部件接收到控制器发送的该命令后生成第一个快扫点的数字正交信号；在第一个快扫点命令发送后，延迟时间T2，T2为数字快扫部件产生的数字正交信号与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理所需要的稳定时间，控制器向分析带宽滤波器及检波模块发送数字滤波和检波命令，当分析带宽滤波器及检波模块收到该数字滤波和检波命令后，对基带信号进行数字滤波和检波并输出该点的幅相数据；
在第一个快扫点的数字滤波和检波完成后，控制器继续向数字快扫部件发送下一个快扫点命令，并依次执行与第一个快扫点的相同处理，直到最后一个快扫点，完成射频前端模块的第一个扫频点扫描；
控制器继续向射频前端发送下一个扫频点命令，并依次执行与第一个扫频点的相同处理，直到最后一个扫频点，完成一次频域扫描进程。
进一步地，所述的射频前端模块的扫频步进为射频前端滤波模块通带宽度的1/L，L的取值满足射频前端模块能够捕捉到被测信号。
所述的变频模块处理所需的稳定时间为Ta，数字快扫部件处理所需的稳定时间为Tb，Ta和Tb之差大于100倍。
所述的数字快扫部件的扫频步进为分析带宽的1/K，K的取值满足分析带宽滤波器可以覆盖的整个扫频宽度。
所述的数字快扫部件的扫频宽度与射频前端模块的扫频步进相同或扫频步进的整数倍。
所述的数字快扫部件采用基于查表法的数字频率合成器技术，数字频率合成器的查找表存储正弦曲线采样值，精度到达0.00001Hz或更高。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明频域快速扫描测量的装置，利用数字中频处理方法，通过锁相扫频本振与数字快扫相结合方式，提高了频域测量的精准度。在实际配置中，通过控制器发送扫描控制命令，实现了射频前端模块与数字中频处理模块的同步，同时在数字中频处理模块中添加了数字快扫部件，使用数字快扫部件对采样信号进行快速小步进扫描变频处理，再经分析带宽滤波器及检波模块提取幅相信息，这样利用数字技术的快速优点将大部分的扫描处理在数字中频处理模块中进行，这样大大节约了测量时间。
同时，本发明频域快速扫描测量的装置还具有以下有益效果：
利用数字中频技术，对输入信号进行锁相本振扫频处理和数字快扫处理相结合，这样利用数字技术的快速优点将大部分的扫描处理放在数字快扫部件中进行，在同等的扫描精度下可以大大的缩短扫描测量时间，在同等的扫描时间内可以检获更多的测量样点，因此，可以显著提高频域测量的频率及幅度精度；
附图说明
图1是传统的外差式频域测量装置的结构框图；
图2是本发明频域快速扫描测量的装置的结构框图；
图3是射频前端模块与数字中频处理模块的扫描进程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图2是本发明频域快速扫描测量的装置的结构框图。
在本实施例中，如图2所示，本发明频域快速扫描测量的装置包括：一射频前端模块1、一中频采样器2、一控制器3和一数字中频处理模块4；
所述的射频前端模块1包括：一射频通道、一锁相扫频本振模块、一变频模块和一射频前端滤波模块；所述的数字中频处理模块4包括：一数字快扫部件、一分析带宽滤波器及检波模块；
射频信号RF经射频通道输入到变频模块，与锁相扫频本振模块产生的本振信号经混频处理后输入到射频前端滤波模块，射频前端滤波模块再进行滤波处理得到中频信号；
射频前端模块1输出的中频信号经过中频采样器2采样处理后得到中频数据，再将中频数据输入到数字中频处理模块4，数字中频处理模块4中的数字快扫部件在扫描宽度内按照扫频步进调谐输出数字正交信号，与中频采样器2输出的采样信号进行快式下变频处理，得到基带信号；控制器3负责发送扫描控制命令，对射频前端模块1和数字中频处理模块4实现同步，再利用数字中频处理模块4中的分析带宽滤波器及检波模块对基带信号进行数字滤波和检波并输出幅相数据，完成频域的扫描进程。
图3是射频前端模块与数字中频处理模块的扫描进程示意图。
在本实施例中，射频前端滤波模块采用中心频率为IFfre=10MHz，通带宽带BWRF=20MHz的带通滤波器，用于消除镜像频率和系统杂散响应。如图3所示，在射频前端扫频步进RFStep内，以扫描宽度B为3GHz，扫描起始频率RFstart为100MHz，扫描终止频率RFEnd为3.1GHz，分析带宽BWIF为10kHz，为了满足分析带宽滤波器可以覆盖的整个扫频宽度，数字快扫部件的步进IFStep为分析带宽BWIF的五分之一，即K=5，则数字快扫部件的步进IFStep=2KHz；数字快扫部件进行小步进的频率扫描处理，处理步骤为：
1）、根据射频前端滤波模块中滤波器的通带宽度BWRF=20MHz来确定射频前端模块的扫频步进RFStep；RFStep等于射频前端滤波模块的通带宽度BWRF的二分之一，即L=2，则射频前端模块的扫频步进RFStep=10MHz；这样确保了射频前端模块能完整地捕获到被测信号，使得频谱搬移后输出的中频信号落入前端滤波模块通带范围内，保证了信号频带的完整性；
2）、根据射频前端模块的扫描起始频率RFstart=100MHz和射频前端扫频步进RFStep=10MHz，控制器向锁相扫频本振模块发送第一个扫频点命令，锁相扫频本振模块在接收到控制器发送的该扫频点命令后生成第一个频点100MHz本振信号；生成的第一个频点100MHz的本振信号与输入信号进行变频处理后输入到射频前端滤波模块，再通过射频前端滤波模块滤波后输出到中频模块进行中频处理；
3）、控制器向锁相扫频本振模块发送第一个扫频点命令后，延迟一个时间段T1，T1为锁相扫频本振模块产生一个本振信号与射频输入信号进行混频处理所需要的稳定时间，大小为10us，等待射频前端模块输出的中频信号稳定后，控制器向数字快扫部件发送第一个快扫点命令，数字快扫部件接收到控制器发送的命令后产生第一个快扫点的数字正交信号，并与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理，得到基带信号；其中，数字快扫部件的扫描宽度IFSpan选取与射频前端的扫频步进RFStep一致或扫频步进的整数倍，本实施例中，IFSpan=10MHz；则第一个快扫点的频率值IFStart=IFfre－IFSpan/2，本实施例中，带通滤波器的中心频率IFfre=10MHz，即中频信号的中心频率为10MHz，则数字快扫部件扫描的起始频率IFStart=5MHz，终止频率IFEnd=15MHz，那么IFStart=IFfre－IFSpan/2=10MHz-10MHz/2=5MHz；
4）、控制器向数字快扫部件发送第一个快扫点命令后，延迟一个时间段T2，T2为数字快扫部件产生的数字正交信号与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理所需要的稳定时间，大小为100ns；等待数字快扫部件的第一个快扫频点扫描处理结束后，控制器向分析带宽滤波器及检波模块发送数字滤波和检波命令，当分析带宽滤波器及检波模块收到数字滤波和检波命令后，对基带信号进行数字滤波和检波并输出该点的幅相数据；
5）、控制器发送数字滤波和检波命令完成后，继续向数字快扫部件发送第二个快扫点命令，数字快扫部件的扫频步进IFStep=2KHz，数字快扫部件接收到控制器命令后产生第二个快扫点频率值IFSecond=IFStart+IFStep，生成数字正交信号，与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理，得到基带信号；并依次执行与第一个快扫点的相同处理，直到最后一个快扫点IFEnd=IFfre＋IFSpan/2=10MHz+10MHz/2=15MHz；其中，下一个快扫点IFNext与当前快扫点IFPre的关系为IFNext=IFPre＋IFStep，射频前端的第一个频点扫描进程结束；
6）、控制器继续向射频前端模块发送第二个扫频点命令，射频前端模块的第二个频点值RFSecond=RFStart+RFStep，大小为110MHz，射频前端接收到控制器命令后开始产生第二个频点110MHz的本振信号与输入信号进行变频处理，并依次执行与第一个扫频点的相同处理，直到最后一个扫频点RFEnd=3.1GHz；其中，下一个射频扫频频点RFNext与当前射频扫频频点RFPre的关系为RFNext=RFPre＋RFStep，完成一次频域扫描进程。
本实施例中，数字快扫部件的扫频步进IFStep=2kHz，在B=3G的扫描宽度就需要产生1500000个快扫点与输入信号进行逐点扫描调谐。若使用传统的外差扫描式频域测量装置，对输入信号的频率扫描处理都在射频前端进行，所需要的扫描时间TIMERF=1500000*10us=15s；本发明采用锁相扫频本振与数字快扫相结合方式，在射频前端需要处理的扫频点数RFnumber=3000/10=300，射频前端需要的稳定时间TIME1=300*10us=3ms，数字快扫部件需要处理的快扫点数1500000，数字快扫部件需要的稳定时间为TIME2=1500000*100ns=150ms，本发明的快速扫描测量装置总共所需要的扫描时间TIMESweep=TIME1+TIME2=153ms，在同等的设置下相比传统的外差扫描式频域测量装置，大大的缩短了扫描时间。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (6)
1.一种频域快速扫描测量的装置，其特征在于包括：一射频前端模块、一中频采样器、一控制器和一数字中频处理模块；
所述的射频前端模块包括：一射频通道、一锁相扫频本振模块、一变频模块和一射频前端滤波模块；所述的数字中频处理模块包括：一数字快扫部件、一分析带宽滤波器及检波模块；
射频信号RF经射频通道输入到变频模块，与锁相扫频本振模块产生的本振信号经混频处理后输入到射频前端滤波模块，射频前端滤波模块再进行滤波处理得到中频信号；
射频前端模块输出的中频信号经过中频采样器采样处理后得到中频数据，再将中频数据输入到数字中频处理模块，数字中频处理模块中的数字快扫部件在扫描宽度内按照扫频步进调谐输出数字正交信号，并与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理，得到基带信号；
装置启动时，控制器向锁相扫频本振模块发送第一个扫频点命令，锁相扫频本振模块在接收到控制器发送的该扫频点命令后生成第一个频点的本振信号；在第一个扫频点命令发送后，延迟时间T1，T1为锁相扫频本振模块产生一个本振信号与射频输入信号进行混频处理所需要的稳定时间，控制器再向数字快扫部件发送第一个快扫点命令，数字快扫部件接收到控制器发送的该命令后生成第一个快扫点的数字正交信号；在第一个快扫点命令发送后，延迟时间T2，T2为数字快扫部件产生的数字正交信号与中频采样器输出的采样信号进行快扫式下变频处理所需要的稳定时间，控制器向分析带宽滤波器及检波模块发送数字滤波和检波命令，当分析带宽滤波器及检波模块收到该数字滤波和检波命令后，对基带信号进行数字滤波和检波并输出该点的幅相数据；
在第一个快扫点的数字滤波和检波完成后，控制器继续向数字快扫部件发送下一个快扫点命令，并依次执行与第一个快扫点的相同处理，直到最后一个快扫点，完成射频前端模块的第一个扫频点扫描；
控制器继续向射频前端发送下一个扫频点命令，并依次执行与第一个扫频点的相同处理，直到最后一个扫频点，完成一次频域扫描进程。
2.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的射频前端模块的扫频步进为射频前端滤波模块通带宽度的1/L，L的取值满足射频前端模块能够捕捉到被测信号。
3.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的变频模块处理所需的稳定时间为Ta，数字快扫部件处理所需的稳定时间为Tb，Ta和Tb之差大于100倍。
4.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的数字快扫部件的扫频步进为分析带宽的1/K，K的取值满足分析带宽滤波器可以覆盖的整个扫频宽度。
5.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的数字快扫部件的扫频宽度与射频前端模块的扫频步进相同或扫频步进的整数倍。
6.根据权利要求1所述的频域快速扫描测量的装置，其特征在于，所述的数字快扫部件采用基于查表法的数字频率合成器技术，数字频率合成器的查找表存储正弦曲线采样值，精度到达0.00001Hz或更高。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160817 |