CN104122444A - 全数字中频频谱分析仪及频谱分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全数字中频频谱分析仪及频谱分析方法。该全数字中频频谱分析仪包括模数转换器、正交数字下变频器、中频带宽滤波器、鉴幅鉴相器、频率计数器、视频滤波器、采样率提升模块、检波器、快速扫描补偿模块和控制及显示模块。本发明中的模数转换器可采用较低成本的中低速模数转换器，模数转换器对模拟中频信号进行采样后，后续通过单片的FPGA就可实现整个的数字中频频谱分析，成本低廉，调试方便，经过实际生产测试，稳定性高。采用本发明可以实现1Hz~1MHz的分析带宽。

Description

全数字中频频谱分析仪及频谱分析方法

技术领域

本发明涉及一种频谱分析仪，具体地说是一种全数字中频频谱分析仪及频谱分析方法。

背景技术

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用于测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。频谱分析仪按对信号的分析处理方式可分为模拟式频谱分析仪和数字式频谱分析仪。

模拟式频谱分析仪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。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，难以满足进一步减小体积和功耗的要求。

数字式频谱分析仪采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)的方法来完成信号的频谱分析。数字式频谱分析仪相比模拟式频谱分析仪来说，具有分析速度快、分析精度高的优点；而且，数字式频谱分析仪还可以通过DSP算法来扩展频谱分析仪的功能，因此，越来越多的频谱分析仪都采用数字式的实现方式。

现有的数字式频谱分析仪使用较多的是全数字实时快速傅氏变换(Fast FourierTransformation，FFT)频谱分析仪。全数字实时FFT频谱分析仪首先通过ADC(模数转换器)对整个频段的模拟信号进行采样，之后进行FFT运算，得到被测信号的频域信息。这种频谱分析仪有两种实现方式，第一种实现方式是把高频信号经过混频搬移到低频，然后经过高速模数转换，对一小段频谱进行FFT运算，得到一段频谱；通过多次频谱搬移和FFT运算，可以得到整个频段内的频谱信息。第二种实现方式是直接对射频信号进行采样，实时进行FFT运算，得到整个频段内的频谱信息。这两种实现方式都需要高速的ADC和运算能力超强的DSP处理器，因此成本较高。而且，如果要实现比较窄的分析带宽(Resolution Band Width，RBW)(例如1Hz)，需要非常大的存储空间，实现起来难度较大。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种全数字中频频谱分析仪，以解决现有的全数字实时FFT频谱分析仪成本高以及实现窄分析带宽难度大的问题。

本发明的目的之二就是提供一种全数字中频频谱分析方法，以较低的成本实现对中频信号的频谱分析，且能比较容易实现窄分析带宽。

本发明的目的之一是这样实现的：一种全数字中频频谱分析仪，包括：

模数转换器，与正交数字下变频器相接，用于对模拟中频信号进行采样并进行模数转换以得到数字中频信号；

正交数字下变频器，分别与所述模数转换器和中频带宽滤波器相接，用于产生两路正交信号，并将所产生的两路正交信号与所述数字中频信号混频，以得到零中频的宽带复基带信号s；其中，s＝sr+j*si；

中频带宽滤波器，分别与所述正交数字下变频器和鉴幅鉴相器相接，用于对所述宽带复基带信号s进行滤波，以得到窄带复基带信号s′；其中，s′＝sr′+j*si′；

鉴幅鉴相器，分别与所述中频带宽滤波器、视频滤波器和频率计数器相接，用于对所述窄带复基带信号s′进行振幅和相角的运算，以得出基带包络信号和复基带相位信号；

频率计数器，分别与所述鉴幅鉴相器和控制及显示模块相接，用于对所述复基带相位信号进行计数运算，以得出宽带复基带信号s的频率值；

视频滤波器，分别与所述鉴幅鉴相器和采样率提升模块相接，用于对所述基带包络信号进行滤波处理，以得到滤波后基带包络信号；

采样率提升模块，分别与所述视频滤波器和检波器相接，用于将所述滤波后基带包络信号的采样率进行提升，以得到高采样率基带包络信号；

检波器，分别与所述采样率提升模块和快速扫描补偿模块相接，用于对所述高采样率基带包络信号进行检波，以得到检波后基带包络信号；

快速扫描补偿模块，分别与所述检波器和控制及显示模块相接，用于对所述检波后基带包络信号进行补偿，以得到补偿后基带包络信号；以及

控制及显示模块，分别与所述频率计数器和所述快速扫描补偿模块相接，用于接收所述宽带复基带信号s的频率值和所述补偿后基带包络信号并进行显示。

所述中频带宽滤波器包括：

第一CIC抽取滤波器，其输出端与第二CIC抽取滤波器的输入端相接，用于实现3～1000倍的抽取速率；

第二CIC抽取滤波器，其输入端与所述第一CIC抽取滤波器的输出端相接，其输出端与高斯FIR滤波器的输入端相接，用于实现1～3000倍的抽取速率；以及

高斯FIR滤波器，其输入端与所述第二CIC抽取滤波器的输出端相接。

所述视频滤波器包括：

第三CIC抽取滤波器，其输出端与第四CIC抽取滤波器的输入端相接，用于实现1～1000倍的抽取速率；

第四CIC抽取滤波器，其输入端与所述第三CIC抽取滤波器的输出端相接，其输出端与FIR滤波器的输入端相接，用于实现1～3000倍的抽取速率；以及

FIR滤波器，其输入端与所述第四CIC抽取滤波器的输出端相接。

所述采样率提升模块包括第一CIC内插滤波器和第二CIC内插滤波器，所述第一CIC内插滤波器的输出端与所述第二CIC内插滤波器的输入端相接。

本发明中的模数转换器无需采用成本较高的高速模数转换器，只需使用成本较低的中低速模数转换器即可；而且，正交数字下变频器、中频带宽滤波器、鉴幅鉴相器、频率计数器、视频滤波器、采样率提升模块、检波器和快速扫描补偿模块均是基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)来实现的，因此，本发明通过单片的FPGA就可以实现整个数字中频频谱分析，成本低廉，调试方便，经过实际生产测试，稳定性高。采用本发明可以实现1Hz～1MHz的分析带宽，1Hz的分析带宽即为比较窄的分析带宽。

通过采样率提升模块来提升视频滤波器输出信号的速率(或称采样率)，可以轻易地扩展检波器的点数。在实际设计中，可以把速率提升到30～45.5MHz，很容易扩展实现10000个点的检波点数。

通过快速扫描补偿模块对中频带宽滤波器中的高斯FIR滤波器和视频滤波器中的FIR滤波器的衰减进行补偿，可降低仪器的RBW切换误差，理论上可以达到零切换误差。

本发明的目的之二是这样实现的：一种全数字中频频谱分析方法，包括如下步骤：

a、采用模数转换器对模拟中频信号进行采样并进行模数转换，以得到数字中频信号；

b、由正交数字下变频器产生两路正交信号，所述两路正交信号与所述数字中频信号混频，得到零中频的宽带复基带信号s；其中，s＝sr+j*si；

c、采用中频带宽滤波器对所述宽带复基带信号s进行滤波，得到窄带复基带信号s′；其中，s′＝sr′+j*si′；

d、由鉴幅鉴相器对所述窄带复基带信号s′进行振幅和相角的运算，以得出基带包络信号和复基带相位信号；

e、由频率计数器对所述复基带相位信号进行计数运算，以得出宽带复基带信号s的频率值；

f、由视频滤波器对所述基带包络信号进行滤波处理，以得出滤波后基带包络信号；

g、采用采样率提升模块对所述滤波后基带包络信号的采样率进行提升，以得到高采样率基带包络信号；

h、采用检波器对所述高采样率基带包络信号进行检波，以得到检波后基带包络信号；

i、采用快速扫描补偿模块对所述检波后基带包络信号进行补偿，以得到补偿后基带包络信号；

j、通过控制及显示模块对所述宽带复基带信号s的频率值和所述补偿后基带包络信号进行显示。

所述步骤c具体包括如下步骤：

c1、第一CIC抽取滤波器接收所述宽带复基带信号s，并实现3～1000倍的抽取速率；

c2、第二CIC抽取滤波器接收所述第一CIC抽取滤波器输出的信号，并实现1～3000倍的抽取速率；

c3、高斯FIR滤波器接收所述第二CIC抽取滤波器输出的信号并进行滤波处理，以得到窄带复基带信号s′。

所述步骤f具体包括如下步骤：

f1、第三CIC抽取滤波器接收所述基带包络信号，并实现1～1000倍的抽取速率；

f2、第四CIC抽取滤波器接收所述第三CIC抽取滤波器输出的信号，并实现1～3000倍的抽取速率；

f3、FIR滤波器接收所述第四CIC抽取滤波器输出的信号并进行滤波处理，以得到滤波后基带包络信号。

本发明所提供的方法，可采用中低速的模数转换器对模拟中频信号进行采样，后续可通过单片的FPGA实现全数字中频频谱分析，成本低廉，调试方便，稳定性高，采用本发明可实现1Hz～1MHz的分析带宽。通过采样率提升模块提升视频滤波器输出信号的速率，可轻易地扩展检波器的点数。通过快速扫描补偿模块对中频带宽滤波器中的高斯FIR滤波器和视频滤波器中的FIR滤波器的衰减进行补偿，可降低仪器的RBW切换误差。

附图说明

图1是本发明所提供的全数字中频频谱分析仪的结构框图。

图2是图1中中频带宽滤波器的结构框图。

图3是图1中视频滤波器的结构框图。

图4是图1中采样率提升模块的结构框图。

图5是图1中检波器的结构框图。

具体实施方式

实施例1，一种全数字中频频谱分析仪。

如图1所示，本发明所提供的全数字中频频谱分析仪包括模数转换器、正交数字下变频器、中频带宽滤波器、鉴幅鉴相器、频率计数器、视频滤波器、采样率提升模块、检波器、快速扫描补偿模块和控制及显示模块。

模数转换器的输出端与正交数字下变频器的输入端相接，其输入端连接模拟中频信号。模数转换器用于对模拟中频信号进行采样并进行模数转换，以得到数字中频信号。本发明中所用模数转换器一般为中低速的模数转换器，例如采用60MHz(中速)或20MHz(低速)的模数转换器，这种中低速模数转换器的成本较低。

正交数字下变频器的输入端连接模数转换器的输出端，其输出端连接中频带宽滤波器的输入端。正交数字下变频器的振荡频率与模拟中频信号的频率相等。正交数字下变频器产生两路正交信号，分别为同相信号和正交信号。所产生的两路正交信号与模数转换器输出的数字中频信号进行混频，得到零中频的宽带复基带信号s，其中，s＝sr+j*si，sr为同相基带信号，si为正交基带信号。该宽带复基带信号s的幅度就反应了模拟中频信号的频谱信息。

正交数字下变频器的输出送入中频带宽滤波器，由中频带宽滤波器实现仪器所需的各种中频带宽滤波。参考图2，本发明中的中频带宽滤波器包括第一CIC(级联积分梳状)抽取滤波器、第二CIC抽取滤波器和Gaussian(高斯)FIR(有限长单位冲激响应)滤波器。第一CIC抽取滤波器和第二CIC抽取滤波器均可以为5阶CIC抽取滤波器。第一CIC抽取滤波器接收正交数字下变频器输出的宽带复基带信号s，并实现3～1000倍的抽取速率；第一CIC抽取滤波器的输出送入第二CIC抽取滤波器。第二CIC抽取滤波器接收第一CIC抽取滤波器输出的信号，并实现1～3000倍的抽取速率，第一CIC抽取滤波器和第二CIC抽取滤波器级联实现3～3000000倍的抽取速率；第二CIC抽取滤波器的输出送入高斯FIR滤波器。高斯FIR滤波器接收第二CIC抽取滤波器输出的信号并进行滤波处理，实现精确的RBW(3dB带宽)及形状因子(60dB带宽与3dB带宽之比)，最终输出滤波后的降低了采样率和带宽的窄带复基带信号s′；其中，s′＝sr′+j*si′，sr′为滤波后的同相基带信号，si′为滤波后的正交基带信号。

中频带宽滤波器的输出送入鉴幅鉴相器，本发明中的鉴幅鉴相器为CORDIC(CoordinateRotation Digital Computer，坐标旋转数字计算方法)鉴幅鉴相器，该鉴幅鉴相器依据CORDIC算法，对窄带复基带信号s′进行振幅和相角的运算，得出基带包络信号和复基带相位信号。基带包络信号被送入视频滤波器，复基带相位信号被送入频率计数器。

频率计数器接收由鉴幅鉴相器输出的复基带相位信号并进行计数运算，以得出窄带复基带信号s′的频率值(或宽带复基带信号s的频率值，两者相等)。窄带复基带信号s′的频率值可以为正，也可以为负；需要频率计数器能够判别。频率计数器的具体工作原理为：在计数器开始工作前，将计数器清0；对于每一个窄带复基带信号s′＝sr′+j*si′的周期，判断si′的相位是超前还是滞后sr′；如果si′相位超前sr′，则计数器减1；如果si′相位滞后sr′，则计数器加1。待所设定的若干计数周期都计数完成后，计数过程结束，最终所得计数值为中频偏差；之后由频率计数器进行相应运算，可得出窄带复基带信号s′(或宽带复基带信号s)的频率值。频率计数器输出的窄带复基带信号s′(或宽带复基带信号s)的频率值送至控制及显示模块。

如图3所示，视频滤波器包括第三CIC抽取滤波器、第四CIC抽取滤波器和FIR滤波器。第三CIC抽取滤波器和第四CIC抽取滤波器均可以为5阶CIC抽取滤波器。第三CIC抽取滤波器接收由鉴幅鉴相器输出的基带包络信息，并实现1～1000倍的抽取速率；第三CIC抽取滤波器的输出送入第四CIC抽取滤波器。第四CIC抽取滤波器接收第三CIC抽取滤波器输出的信号，并实现1～3000倍的抽取速率；第四CIC抽取滤波器的输出送入FIR滤波器。FIR滤波器接收第四CIC抽取滤波器输出的信号并进行滤波处理，得到滤波后基带包络信号，该滤波后基带包络信号其实就是对噪声进行了抑制后的基带包络信号，以满足频谱分析仪整机的视频带宽指标需求。FIR滤波器的输出送入采样率提升模块。

采样率提升模块是为了满足后面检波器的需要。当视频滤波器工作在10Hz时，若放大倍数为15，则数据的总体采样率只有150Hz左右。如果扫描时间设置为1s，检波器的采样点数设置为3001点，则1s内的总点数150<<3001，因此需要提升采样率。如图4所示，采样率提升模块包括第一CIC内插滤波器和第二CIC内插滤波器，这两个CIC内插滤波器可以均为5阶CIC内插滤波器。第一CIC内插滤波器的输入端与FIR滤波器的输出端(或视频滤波器的输出端)相接，第一CIC内插滤波器的输出端与第二CIC内插滤波器的输入端相接。由视频滤波器输出的滤波后基带包络信号为低速率(或称低采样率)信号，该低速率信号通过采样率提升模块后，在第一CIC内插滤波器和第二CIC内插滤波器的作用下，得到高采样率基带包络信号，以满足后面检波器对数据速率的需求。

检波器是为了完成频谱仪需要的各种检波方式，每一种检波方式均由一组专门的检波电路组成。如图5所示，检波器包括信号驱动器、信号选择器和六路检波电路。由采样率提升模块输出的高采样率基带包络信号首先进入信号驱动器，由信号驱动器将高采样率基带包络信号分别分到六个不同的检波电路，对高采样率基带包络信号分别进行正峰值检波、负峰值检波、抽样检波、正常检波、电压平均值检波和有效值平均检波；六路检波电路的输出送入信号选择器，由信号选择器根据频谱仪的需要输出其中一种检波后基带包络信号。检波器输出的检波后基带包络信号送入快速扫描补偿模块。

快速扫描补偿模块是为了对检波器的输出进行幅度补偿。当快速扫描时，中频带宽滤波器中的高斯FIR滤波器和视频滤波器中的FIR滤波器，都会对被测中频信号的幅度进行衰减。两个FIR滤波器都是低通滤波器，在直流处的增益为1，即当输入信号是直流的时候，FIR滤波器的输出也是等幅度的直流。但中频带宽滤波器中高斯FIR滤波器的输入信号是一个扫频信号，视频滤波器中FIR滤波器的输入信号是一个包络为中频带宽滤波器中高斯FIR滤波器冲击响应的信号，两个输入信号都不是直流，首先生成这两个FIR滤波器输入信号的模拟信号，之后使所生成的模拟信号分别与对应FIR滤波器的冲击响应求卷积，最后再将两个卷积进行求和，即得到需要的补偿值。根据该补偿值对检波器输出的检波后基带包络信号进行补偿，得到补偿后基带包络信号。

控制及显示模块可以由CPU控制器及LCD显示屏组成。快速扫描补偿模块输出的补偿后基带包络信号和频率计数器输出的窄带复基带信号s′(或宽带复基带信号s)的频率值均送入控制及显示模块，在CPU控制器的控制下，由LCD显示屏对补偿后基带包络信号和窄带复基带信号s′(或宽带复基带信号s)的频率值进行显示。

实施例2，一种全数字中频频谱分析方法。

结合图1～图5，本发明所提供的全数字中频频谱分析方法包括如下步骤：

a、采用模数转换器对模拟中频信号进行采样并进行模数转换，以得到数字中频信号。

模数转换器为中低速的模数转换器，例如可以为60MHz(中速)或20MHz(低速)的模数转换器，这种中低速模数转换器的成本较低。

b、由正交数字下变频器产生两路正交信号，所产生的两路正交信号与模数转换器输出的数字中频信号进行混频，得到零中频的宽带复基带信号s；其中，s＝sr+j*si。

正交数字下变频器的振荡频率与模拟中频信号的频率相等。正交数字下变频器所产生的两路正交信号分别为同相信号和正交信号。两路正交信号与模数转换器输出的数字中频信号混频后，得到零中频的宽带复基带信号s＝sr+j*si，其中，sr为同相基带信号，si为正交基带信号。该宽带复基带信号s的幅度就反应了模拟中频信号的频谱信息。

c、采用中频带宽滤波器对宽带复基带信号s进行滤波，得到窄带复基带信号s′；其中，s′＝sr′+j*si′。

中频带宽滤波器包括依序连接的第一CIC抽取滤波器、第二CIC抽取滤波器和高斯FIR滤波器。第一CIC抽取滤波器和第二CIC抽取滤波器可以均为5阶CIC抽取滤波器。第一CIC抽取滤波器可实现3～1000倍的抽取速率，第二CIC抽取滤波器可实现1～3000倍的抽取速率；第一CIC抽取滤波器和第二CIC抽取滤波器级联实现3～3000000倍的抽取速率；宽带复基带信号s经过两级CIC抽取滤波器后降低了采样率；之后经过高斯FIR滤波器实现精确的RBW及形状因子，最终输出滤波后的降低了采样率和带宽的窄带复基带信号s′；其中，s′＝sr′+j*si′，sr′为滤波后的同相基带信号，si′为滤波后的正交基带信号。

d、由鉴幅鉴相器对窄带复基带信号s′进行振幅和相角的运算，以得出基带包络信号和复基带相位信号。

鉴幅鉴相器为CORDIC鉴幅鉴相器，该鉴幅鉴相器依据CORDIC算法，对窄带复基带信号s′进行振幅和相角的运算，得出基带包络信号和复基带相位信号。基带包络信号被送入视频滤波器，复基带相位信号被送入频率计数器。

e、由频率计数器对复基带相位信号进行计数运算，以得出宽带复基带信号s的频率值。

宽带复基带信号s的频率值和窄带复基带信号s′的频率值相等。窄带复基带信号s′的频率值可以为正，也可以为负；需要频率计数器能够判别。频率计数器的具体工作原理为：在计数器开始工作前，将计数器清0；对于每一个窄带复基带信号s′＝sr′+j*si′的周期，判断si′的相位是超前还是滞后sr′；如果si′相位超前sr′，则计数器减1；如果si′相位滞后sr′，则计数器加1。待所设定的若干计数周期都计数完成后，计数过程结束，最终所得计数值为中频偏差；之后由频率计数器进行相应运算，可得出宽带复基带信号s(或窄带复基带信号s′)的频率值。由频率计数器输出的宽带复基带信号s的频率值送至控制及显示模块。

f、由视频滤波器对基带包络信号进行滤波处理，以得到滤波后基带包络信号。

视频滤波器包括依序连接的第三CIC抽取滤波器、第四CIC抽取滤波器和FIR滤波器。第三CIC抽取滤波器和第四CIC抽取滤波器可以均为5阶CIC抽取滤波器。第三CIC抽取滤波器接收由鉴幅鉴相器输出的基带包络信号，并实现1～1000倍的抽取速率；第三CIC抽取滤波器的输出送入第四CIC抽取滤波器。第四CIC抽取滤波器接收第三CIC抽取滤波器输出的信号，并实现1～3000倍的抽取速率；第四CIC抽取滤波器的输出送入FIR滤波器。FIR滤波器接收第四CIC抽取滤波器输出的信号并进行滤波处理，得到滤波后基带包络信号，以满足频谱分析仪整机的视频带宽指标需求。FIR滤波器的输出送入采样率提升模块。

g、采用采样率提升模块对由视频滤波器输出的滤波后基带包络信号的采样率进行提升，得到高采样率基带包络信号。

当视频滤波器工作在10Hz时，若放大倍数为15，则数据的总体采样率只有150Hz左右。如果扫描时间设置为1s，检波器的采样点数设置为3001点，则1s内的总点数150<<3001，因此需要提升采样率。采样率提升模块包括第一CIC内插滤波器和第二CIC内插滤波器，这两个CIC内插滤波器可以均为5阶CIC内插滤波器。第一CIC内插滤波器的输入端与视频滤波器的输出端相接，第一CIC内插滤波器的输出端与第二CIC内插滤波器的输入端相接。由视频滤波器输出的滤波后基带包络信号为低速率(或称低采样率)信号，该低速率信号通过采样率提升模块后，在第一CIC内插滤波器和第二CIC内插滤波器的作用下，得到高采样率基带包络信号，以满足后面检波器对数据速率的需求。

h、采用检波器对由采样率提升模块输出的高采样率基带包络信号进行检波，得到检波后基带包络信号。

检波器包括信号驱动器、信号选择器和六路检波电路。由采样率提升模块输出的高采样率基带包络信号首先进入信号驱动器，由信号驱动器将高采样率基带包络信号分别分到六个不同的检波电路，对高采样率基带包络信号分别进行正峰值检波、负峰值检波、抽样检波、正常检波、电压平均值检波和有效值平均检波；六路检波电路的输出送入信号选择器，由信号选择器根据频谱仪的需要输出其中一种检波后基带包络信号。检波器输出的检波后基带包络信号送入快速扫描补偿模块。

i、采用快速扫描补偿模块对由检波器输出的检波后基带包络信号进行补偿，得到补偿后基带包络信号。

当快速扫描时，中频带宽滤波器中的高斯FIR滤波器和视频滤波器中的FIR滤波器，都会对被测中频信号的幅度进行衰减。两个FIR滤波器都是低通滤波器，在直流处的增益为1，即当输入信号是直流的时候，FIR滤波器的输出也是等幅度的直流。但中频带宽滤波器的高斯FIR滤波器的输入信号是一个扫频信号，视频滤波器中FIR滤波器的输入信号是一个包络为中频带宽滤波器中高斯FIR滤波器冲击响应的信号，两个输入信号都不是直流，本步骤中采用快速扫描补偿模块生成这两个FIR滤波器输入信号的模拟信号，所生成的模拟信号分别与对应FIR滤波器的冲击响应求卷积，最后再将两个卷积进行求和，即得到需要的补偿值。根据该补偿值对检波器输出的检波后基带包络信号进行补偿，得到补偿后基带包络信号。

j、通过控制及显示模块对所述宽带复基带信号s的频率值和所述补偿后基带包络信号进行显示。

控制及显示模块包括CPU控制器及LCD显示屏。快速扫描补偿模块输出的补偿后基带包络信号和频率计数输出的宽带复基带信号s的频率值被送入控制及显示模块，在CPU控制器的控制下，由LCD显示屏对宽带复基带信号s的频率值和补偿后基带包络信号进行显示。

Claims (7)

1.一种全数字中频频谱分析仪，其特征是，包括：

模数转换器，与正交数字下变频器相接，用于对模拟中频信号进行采样并进行模数转换以得到数字中频信号；

正交数字下变频器，分别与所述模数转换器和中频带宽滤波器相接，用于产生两路正交信号，并将所产生的两路正交信号与所述数字中频信号混频，以得到零中频的宽带复基带信号s；其中，s＝sr+j*si；

中频带宽滤波器，分别与所述正交数字下变频器和鉴幅鉴相器相接，用于对所述宽带复基带信号s进行滤波，以得到窄带复基带信号s′；其中，s′＝sr′+j*si′；

鉴幅鉴相器，分别与所述中频带宽滤波器、视频滤波器和频率计数器相接，用于对所述窄带复基带信号s′进行振幅和相角的运算，以得出基带包络信号和复基带相位信号；

频率计数器，分别与所述鉴幅鉴相器和控制及显示模块相接，用于对所述复基带相位信号进行计数运算，以得出宽带复基带信号s的频率值；

视频滤波器，分别与所述鉴幅鉴相器和采样率提升模块相接，用于对所述基带包络信号进行滤波处理，以得到滤波后基带包络信号；

采样率提升模块，分别与所述视频滤波器和检波器相接，用于将所述滤波后基带包络信号的采样率进行提升，以得到高采样率基带包络信号；

检波器，分别与所述采样率提升模块和快速扫描补偿模块相接，用于对所述高采样率基带包络信号进行检波，以得到检波后基带包络信号；

快速扫描补偿模块，分别与所述检波器和控制及显示模块相接，用于对所述检波后基带包络信号进行补偿，以得到补偿后基带包络信号；以及

控制及显示模块，分别与所述频率计数器和所述快速扫描补偿模块相接，用于接收所述宽带复基带信号s的频率值和所述补偿后基带包络信号并进行显示。

2.根据权利要求1所述的全数字中频频谱分析仪，其特征是，所述中频带宽滤波器包括：

第一CIC抽取滤波器，其输出端与第二CIC抽取滤波器的输入端相接，用于实现3～1000倍的抽取速率；

第二CIC抽取滤波器，其输入端与所述第一CIC抽取滤波器的输出端相接，其输出端与高斯FIR滤波器的输入端相接，用于实现1～3000倍的抽取速率；以及

高斯FIR滤波器，其输入端与所述第二CIC抽取滤波器的输出端相接。

3.根据权利要求2所述的全数字中频频谱分析仪，其特征是，所述视频滤波器包括：

第三CIC抽取滤波器，其输出端与第四CIC抽取滤波器的输入端相接，用于实现1～1000倍的抽取速率；

第四CIC抽取滤波器，其输入端与所述第三CIC抽取滤波器的输出端相接，其输出端与FIR滤波器的输入端相接，用于实现1～3000倍的抽取速率；以及

FIR滤波器，其输入端与所述第四CIC抽取滤波器的输出端相接。

4.根据权利要求1、2或3所述的全数字中频频谱分析仪，其特征是，所述采样率提升模块包括第一CIC内插滤波器和第二CIC内插滤波器，所述第一CIC内插滤波器的输出端与所述第二CIC内插滤波器的输入端相接。

5.一种全数字中频频谱分析方法，其特征是，包括如下步骤：

a、采用模数转换器对模拟中频信号进行采样并进行模数转换，以得到数字中频信号；

b、由正交数字下变频器产生两路正交信号，所述两路正交信号与所述数字中频信号混频，得到零中频的宽带复基带信号s；其中，s＝sr+j*si；

c、采用中频带宽滤波器对所述宽带复基带信号s进行滤波，得到窄带复基带信号s′；其中，s′＝sr′+j*si′；

d、由鉴幅鉴相器对所述窄带复基带信号s′进行振幅和相角的运算，以得出基带包络信号和复基带相位信号；

e、由频率计数器对所述复基带相位信号进行计数运算，以得出宽带复基带信号s的频率值；

f、由视频滤波器对所述基带包络信号进行滤波处理，以得出滤波后基带包络信号；

g、采用采样率提升模块对所述滤波后基带包络信号的采样率进行提升，以得到高采样率基带包络信号；

h、采用检波器对所述高采样率基带包络信号进行检波，以得到检波后基带包络信号；

i、采用快速扫描补偿模块对所述检波后基带包络信号进行补偿，以得到补偿后基带包络信号；

j、通过控制及显示模块对所述宽带复基带信号s的频率值和所述补偿后基带包络信号进行显示。

6.根据权利要求5所述的全数字中频频谱分析方法，其特征是，所述步骤c具体包括如下步骤：

c1、第一CIC抽取滤波器接收所述宽带复基带信号s，并实现3～1000倍的抽取速率；

c2、第二CIC抽取滤波器接收所述第一CIC抽取滤波器输出的信号，并实现1～3000倍的抽取速率；

c3、高斯FIR滤波器接收所述第二CIC抽取滤波器输出的信号并进行滤波处理，以得到窄带复基带信号s′。

7.根据权利要求5或6所述的全数字中频频谱分析方法，其特征是，所述步骤f具体包括如下步骤：

f1、第三CIC抽取滤波器接收所述基带包络信号，并实现1～1000倍的抽取速率；

f2、第四CIC抽取滤波器接收所述第三CIC抽取滤波器输出的信号，并实现1～3000倍的抽取速率；

f3、FIR滤波器接收所述第四CIC抽取滤波器输出的信号并进行滤波处理，以得到滤波后基带包络信号。