CN103986417B - 一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，包括：混频器、第一耦合器、第二耦合器、幅度控制单元、相位控制单元、自动检测单元和控制芯片。在本振信号输入端口，通过第一耦合器将本振信号耦合输出，经过幅度控制单元和相位控制单元来改变耦合输出信号的幅度和相位，再使该信号通过第二耦合器耦合至混频器的中频输出端口，通过控制芯片的输出信号控制幅度控制单元和相位控制单元来调节耦合输出信号的幅度和相位，使其与本振信号泄露到中频通道的信号大小相等，幅度相反，从而进行抵消，减小零频。

Description

一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路及方法

技术领域

本发明属于射频微波电路领域，更具体地说，是应用于频谱仪中零频幅度抑制电路，还涉及一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制方法。

背景技术

现代频谱分析仪多采用扫频超外差接收方案，势必会产生零频。零频，简单地说，就是在频谱仪的频谱显示窗口上0Hz频率点处所显示的假响应信号。若该假响应信号幅度很高，对测试低频信号的动态范围以及频谱分析仪所能测试的频率下限等产生严重影响。因此，为提高频谱分析仪测量频率下限，就必须对零频进行抑制。

零频是由于混频器的本振馈通引起的，在超外差式频谱分析仪中，通常将被测信号经混频器变至一个固定中频，由于混频器隔离度有限，本振信号会泄露到中频，因此中频通道会进行中频滤波处理，但当被测信号频率接近0Hz时，本振频率与中频频率接近，就无法通过中频滤波器滤除泄漏的本振信号，这样泄漏的本振信号就会干扰到中频信号，就需要零频幅度抑制电路。

现在通用的零频幅度抑制电路是通过对本振信号耦合输出，再经过IQ调制分为两路，将两路调制信号幅度分别进行调节，然后通过合路器进行合成，最后耦合至混频器输出端对零频幅度进行抑制，电路较为复杂。

发明内容

本发明提出一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，它可实现对零频进行自动检测，如零频幅度超过设定，则自动进行零频幅度抑制。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，包括：混频器、第一耦合器、第二耦合器、幅度控制单元、相位控制单元、自动检测单元和控制芯片；

所述第一耦合器，设置在本振信号输入端口，将本振信号耦合输出；

所述幅度控制单元，连接到所述第一耦合器的输出端，改变耦合输出信号的幅度；

所述相位控制单元，连接到所述幅度控制单元，改变耦合输出信号的相位；

所述第二耦合器，将所述耦合输出信号耦合至混频器的中频输出端口；

自动检测单元，包括：第三耦合器，将中频输出端口的中频信号耦合输出到检波器，检波器检测零频幅度，将检测结果与零频预设电平进行比较，输出比较结果；

控制芯片，接收所述自动检测单元输出的比较结果，并根据所述比较结果控制所述幅度控制单元和相位控制单元来调节所述耦合输出信号的幅度和相位。

可选地，所述控制芯片为CPLD芯片。

可选地，所述幅度控制单元包括D/A变换器和电调衰减器，D/A变换器接收控制芯片输出的数字信号并将其转换为模拟信号，D/A变换器的输出电压调节所述电调衰减器的衰减量。

可选地，所述相位控制单元包括：输入端口、输出端口、分支线耦合器、第一变容二极管、第二变容二极管和控制端；

分支线耦合器包含4个端口，分别连接输入端口、输出端口、第一变容二极管的阴极、第二变容二极管的阴极，第一变容二极管的阳极连接到地电位；第二变容二极管的阳极连接到地电位。

可选地，所述相位控制单元还包括D/A变换器，D/A变换器接收控制芯片输出的数字信号并将其转换为模拟信号，D/A变换器的输出电压连接到相位控制单元的控制端。

可选地，所述控制端设置在所述传输线的中点。

可选地，所述分支线耦合器为电路板上的传输线，由4条传输线组成，按“口”字形连接，传输线长度均为L/4，其中L表示中频频率的波长。其中两条传输线的阻抗为50Ω，另外两条传输线的阻抗为35.35Ω。

本发明还提供了一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制方法，包括以下步骤：步骤(a)，在本振信号输入端口，通过耦合器将本振信号耦合输出；步骤(b)，通过幅度控制单元和相位控制单元来改变信号的幅度和相位；步骤(c)，再使该信号耦合至混频器的中频输出端口，通过控制芯片的输出电压控制幅度控制单元和相位控制单元，调节耦合信号的幅度和相位，使其与本振信号泄露到中频通道的信号大小相等，幅度相反。

可选地，上述步骤(c)具体为：通过耦合器将中频输出端口的中频信号耦合输出到检波器，检波器检测零频幅度，将检测结果与零频预设电平进行比较，将比较结果耦合到控制芯片，如超过预设电平，则控制芯片改变输出到幅度控制单元和相位控制单元的控制电压。

本发明的有益效果是：

(1)电路设计简单，控制灵活；

(2)当外界环境变化引起本振泄露信号幅度和相位发生改变时，可实现对零频的自动检测和抑制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路的控制框图；

图2为图1中相位控制单元的电路图；

图3为本发明一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当超外差式频谱分析仪工作时，通过混频器将RF信号变至一个固定中频的IF信号，由于混频器隔离度有限，本振信号LO会泄露到中频IF端口，当被测RF信号频率接近0Hz时，本振信号LO频率与中频IF频率接近，这样就会干扰到中频IF信号，就需要零频幅度抑制电路。

如图1所示，为本发明的可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，包括：混频器10、第一耦合器21、第二耦合器22、幅度控制单元30、相位控制单元40、自动检测单元50和控制芯片60。在本振信号LO输入端口，通过第一耦合器10将本振信号耦合输出，经过幅度控制单元30和相位控制单元40来改变耦合输出信号的幅度和相位，再使该信号通过第二耦合器22耦合至混频器10的中频IF输出端口，通过控制芯片60的输出信号控制幅度控制单元30和相位控制单元40来调节耦合输出信号的幅度和相位，使其与本振信号LO泄露到中频IF通道的信号大小相等，幅度相反，从而进行抵消，减小零频。下面结合图1和图2对本发明零频幅度抑制电路的各个单元进行详细说明。

如图1所示，自动检测单元50中，第三耦合器23将中频IF信号耦合输出到检波器51，检波器51检测零频幅度，将检测结果与零频预设电平进行比较，将比较结果耦合到控制芯片60，如超过预设电平，则通知控制芯片60，控制芯片60改变输出到幅度控制单元30和相位控制单元40的控制电压，使零频幅度降低。优选地，控制芯片60为CPLD或者FPGA芯片。

幅度控制单元30包括D/A变换器和电调衰减器，D/A变换器接收控制芯片60输出的数字信号并将其转换为模拟信号，通过控制D/A变换器的输出电压来改变电调衰减器的衰减量，进而控制耦合输出信号幅度。

图2所示为相位控制单元40的具体电路，包括：输入端口Pin、输出端口Pout、分支线耦合器，第一变容二极管D1、第二变容二极管D2和控制端Vctl；分支线耦合器由4条传输线41、42、43、44组成，有4个端口，分别连接至输入端口Pin，输出端口Pout，第一变容二极管D1的阴极，第二变容二极管D2的阴极；第一变容二极管D1的阳极连接到地电位；第二变容二极管D2的阳极连接到地电位。相位控制单元40还包括D/A变换器(图2中未示出)，D/A变换器接收控制芯片60输出的数字信号并将其转换为模拟信号，D/A变换器的输出电压连接到相位控制单元的控制端Vctl，通过控制D/A变换器的输出电压来改变第一变容二极管D1和第二变容二极管D2的电容，实现360°相位调节，优选地，所述控制端Vctl设置在传输线44的中点。优选地，分支线耦合器为电路板上的传输线，传输线长度均为L/4，其中L表示中频IF频率的波长。其中，输入端口与第一变容二极管的阴极之间、输出端口与第二变容二极管的阴极之间的两条传输线41、42的阻抗为35.35Ω，输入端口与输出端口之间、第一变容二极管的阴极和第二变容二极管的阴极之间的两条传输线43、44的阻抗为50Ω。当外界环境如温度等变化时，会引起本振泄露信号幅度和相位发生改变，使得现有技术中的零频幅度抑制部分不能充分发挥作用，零频幅度抬高。此时，本发明的零频幅度抑制电路的检波器51会检测零频幅度，将检测结果与预设幅度(即零频预设电平)进行比较，如超过预设幅度，则通知控制芯片60，控制芯片就会改变幅度控制单元30和相位控制单元40的控制电压，使零频降低。

本发明还提供了一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制方法，如图3所示，具体包括以下步骤：步骤(a)，在本振信号输入端口，通过耦合器将本振信号耦合输出；步骤(b)，通过幅度控制单元和相位控制单元来改变耦合输出信号的幅度和相位；步骤(c)，再使该信号耦合至混频器的中频输出端口，通过控制芯片的输出电压控制幅度控制单元和相位控制单元，调节耦合输出信号的幅度和相位，使其与本振信号泄露到中频通道的信号大小相等，幅度相反。

上述步骤(c)中，具体实现方式为：通过耦合器将中频输出端口的中频信号耦合输出到检波器，检波器检测零频幅度，将检测结果与零频预设电平进行比较，将比较结果输出到控制芯片，如超过预设电平，则控制芯片改变输出到幅度控制单元和相位控制单元的控制电压。

上述步骤(b)中，幅度控制单元，其由电调衰减器和D/A变换器构成，通过控制D/A变换器的输出电压来改变电调衰减器的衰减量，用于控制耦合信号幅度。相位控制单元，由分支线耦合器、变容二极管和D/A变换器构成，通过控制D/A变换器的输出电压来改变变容二极管的电容，实现360°相位调节，其中分支线耦合器可通过在电路板上布线实现。

本发明的零频幅度抑制方法将本振信号耦合输出，改变耦合输出信号的幅度和相位，再使该信号耦合至中频IF输出端口，通过调节耦合输出信号的幅度和相位，使其与本振信号LO泄露到中频IF通道的信号大小相等，幅度相反，从而进行抵消，减小零频。

本发明的可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路及方法，电路设计简单，控制灵活，当外界环境变化引起本振泄露信号幅度和相位发生改变时，可实现对零频的自动检测和抑制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，其特征在于，包括：混频器、第一耦合器、第二耦合器、幅度控制单元、相位控制单元、自动检测单元和控制芯片；

所述第一耦合器，设置在本振信号输入端口，将本振信号耦合输出；

所述幅度控制单元，连接到所述第一耦合器的输出端，改变耦合输出信号的幅度；所述幅度控制单元包括D/A变换器和电调衰减器，D/A变换器接收控制芯片输出的数字信号并将其转换为模拟信号，D/A变换器的输出电压调节所述电调衰减器的衰减量；

所述相位控制单元，连接到所述幅度控制单元，改变耦合输出信号的相位；

所述第二耦合器，将所述耦合输出信号耦合至混频器的中频输出端口；

自动检测单元，包括：第三耦合器，将中频输出端口的中频信号耦合输出到检波器，检波器检测零频幅度，将检测结果与零频预设电平进行比较，输出比较结果；

控制芯片，接收所述自动检测单元输出的比较结果，并根据所述比较结果控制所述幅度控制单元和相位控制单元来调节所述耦合输出信号的幅度和相位。

2.如权利要求1所述的可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，其特征在于，所述控制芯片为CPLD或FPGA芯片。

3.如权利要求1所述的可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，其特征在于，所述相位控制单元包括：输入端口、输出端口、分支线耦合器、第一变容二极管、第二变容二极管和控制端；

分支线耦合器包含4个端口，分别连接输入端口、输出端口、第一变容二极管的阴极、第二变容二极管的阴极，第一变容二极管的阳极连接到地电位，第二变容二极管的阳极连接到地电位。

4.如权利要求3所述的可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，其特征在于，所述相位控制单元还包括D/A变换器，D/A变换器接收控制芯片输出的数字信号并将其转换为模拟信号，D/A变换器的输出电压连接到相位控制单元的控制端。

5.如权利要求4所述的可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，其特征在于，所述分支线耦合器为电路板上的传输线，由4条传输线组成，按口字形连接，传输线长度为L/4，其中L表示中频频率的波长。

6.如权利要求5所述的可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，其特征在于，输入端口与第一变容二极管的阴极之间、输出端口与第二变容二极管的阴极之间的两条传输线的阻抗为35.35Ω，输入端口与输出端口之间、第一变容二极管的阴极和第二变容二极管的阴极之间的两条传输线的阻抗为50Ω。

7.如权利要求5所述的可实现自动检测和控制的零频幅度抑制电路，其特征在于，所述控制端设置在所述第一变容二极管的阴极和第二变容二极管的阴极之间的传输线的中点。

8.一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(a)，在本振信号输入端口，通过耦合器将本振信号耦合输出；步骤(b)，通过幅度控制单元和相位控制单元来改变信号的幅度和相位；步骤(c)，再使该信号耦合至混频器的中频输出端口，通过控制芯片的输出电压控制幅度控制单元和相位控制单元，调节耦合信号的幅度和相位，使其与本振信号泄露到中频通道的信号大小相等，幅度相反。

9.如权利要求8所述的一种可实现自动检测和控制的零频幅度抑制方法，其特征在于，上述步骤(c)具体为：通过耦合器将中频输出端口的中频信号耦合输出到检波器，检波器检测零频幅度，将检测结果与零频预设电平进行比较，将比较结果输出到控制芯片，如超过预设电平，则控制芯片改变输出到幅度控制单元和相位控制单元的控制电压。