CN104410469B - 一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准系统及方法，其中，该方法包括：根据校准频率点设置相应的本振频率；改变预选器调谐电路控制DAC的数据位；通过中频接收机检测中频带宽内噪声功率的变化曲线，将该变化曲线中的最大功率值作为参考值；以该参考值为标准，搜索‑3dB功率值，得到相应的两个频率值f_‑3dB左和f_‑3dB右；计算该两个频率的平均值，作为YIG调谐滤波器(YTF)的中心频率f_YTF；记录该中心频率调谐电流对应DAC的数据位。本发明可实现YTF的中心频率的自动搜索与调整，由于噪声源输出宽带连续频谱，利用内置噪声源作YTF校准的参考信号，可以实现YTF任意频点的连续校准，避免YTF调谐非线性及温漂引入的偏差，提高测量准确度。

Description

一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准方法

技术领域

本发明涉及信号接收与分析技术领域，具体涉及一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准系统及方法。

背景技术

信号接收与分析类仪器是微波电子测量领域应用最为广泛的仪器门类之一，扫频超外差式实现方案具有测量频率范围宽、动态范围大、成本相对低等突出优点得到了广泛的应用。跟踪预选器即YIG调谐带通滤波器(YTF)，是现代扫频超外差式信号接收与分析仪的重要组成部分，其作用是在系统控制下与第一本振YIG振荡器(YTO)同步调谐预选输入信号，对超外差接收方案引入的镜像和带外响应进行有效地抑制。

扫频超外差式信号接收与分析仪接收前端的原理框图如图1所示。通过混频器和本地振荡器(LO)将输入信号转换到中频，然后用一个固定中心频率的中频滤波器来得到仪器的频率分辨率。采用扫频超外差式接收方案，对于特定频率的本振信号，总有对称于本振两侧的两个频率的信号能够和本振混频生成中频，其中一个是射频频率，另外一个是镜像频率。在超外差式设计中，高频段采用基波和谐波混频相结合的混频方案，镜像和多重响应的数目随信号频率及本振扫频范围而变化，为了消除镜像(包括多重响应)干扰，一般采用跟踪预选器技术。

在预选方案中，需要预选器与扫频本振同步调谐，即同步扫描跟踪，使混频后的中频信号稳定，确保信号接收与分析仪测量的准确性和一致性。现代扫频超外差式信号接收与分析仪内部的第一本振常采用合成锁相YTO，通过预置电压和锁相误差共同驱动，实现本振信号的稳定输出；而YTF的驱动是开环的，调谐频率只是其带宽范围内靠近中心点的近似值。

由于制作材料及工艺的原因，YTF具有一定程度的调谐非线性、温漂等特点，造成预选器跟踪不良，如图2所示，(实线为预选器理想调谐曲线，虚线为实际调谐曲线)，导致信号接收与分析仪测量幅度下降，给测量结果带来较大不确定性，甚至导致仪器无法使用，因此需要对定期对YTF进行校准。

YTF由腔体、磁极、线包和置于其中的YIG小球构成，YTF校准就是通过改变加在线包上的调谐电流来改变YIG小球外加偏置磁场，实现对YTF中心频率的校准，提高扫描超外差式信号接收与分析仪的测量准确度和一致性。

宽带预选器的校准是扫频超外差式接收方案的一个技术难点。现有常用的方法有两种：

第一种方法是通过外加宽带合成信号源作为校准的频率参考，对YTF的中心频率进行校准，如图3所示。

第二种方法是通过内置的梳状波发生器产生梳状波(COMB)信号作为校准的频率参考，该方法与本发明的方法最接近，校准方案如图4所示。

梳状波(COMB)校准信号，主要由点频振荡器、梳状波发生器、输出匹配电路和偏置电源四个部分构成。点频振荡器是梳状波发生器的激励源，激励梳状波发生器(阶跃恢复二极管) 产生等频率间隔梳状波信号，经匹配电路输出。

在进行预选器校准时，需要用校准电缆将内部产生的梳状波校准信号连接至超外差式信号接收与分析仪的射频输入端(或通过内部开关切换到射频输入通道)，作为YTF调整的频率参考源。通过仪器内部的YTF调谐软件功能执行校准程序实现YTF中心频率的调整，该方法可极大改善YTF宽带扫频的跟踪特性。

以频率100MHz，功率+23dBm振荡器激励为例，生成的梳状波频谱测试结果如图5所示。

梳状波发生器输出频谱覆盖100MHz～26.5GHz、100MHz等频率间隔梳状波校准信号，输出信号的功率平坦度及各波段典型频点的信号输出功率如表1所示，为梳状波校准信号的典型技术指标：

输出信号频率范围	典型频点的功率	输出信号功率平坦度
			100MHz～4GHz	12.5dBm@100MHz	±13.5dB
4～18GHz	＞-54dBm@18GHz	±12.5dB
			18～26.5GHz	＞-64dBm@26.5GHz	±5dB

表1

以上2个方案中，采用外加信号源的方案的主要缺点是成本高，并且无法实现YTF实时校准。

采用内置梳状波发生器的技术方案，主要缺点如下：

1)用做梳状波发生器激励源的输出功率高，容易对扫频超外差式接收机产生干扰，需要采取完善的屏蔽措施；

2)梳状波校准信号生成电路复杂，体积大，成本相对较高；

3)梳状波校准信号全频段内功率平坦度差，校准时要求接收机有较大的动态范围；

4)梳状波校准信号的频谱不连续，YTF校准频点最小间隔取决于激励振荡器的输出频率，无法实现YTF任意频点的校准。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于内置噪声源的跟踪预选器的校准系统及方法，以实时、快速地实现YTF中心频率的自动搜索与调整，克服基于内置梳状波发生器作为频率参考校准跟踪预选器方案存在的校准信号产生电路复杂、屏蔽困难、体积大、成本高、频谱分布不连续、幅度平坦度差等缺点。

为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准系统，包括：

噪声源产生电路、开关选择器、钇铁石榴石YIG调谐滤波器、混频器以及本振源；

所述噪声源产生电路的输出端通过所述开关选择器与所述YIG调谐滤波器的输入端连接；

所述调谐滤波器的输出端连接所述混频器的第一输入端；

所述本振源连接所述混频器的第二输入端；

其中：

所述噪声源产生电路包括顺次连接的电流调整电路、噪声二极管以及输出隔直和匹配电路；

所述输出隔直和匹配电路与所述噪声源产生电路的输出端连接。

较佳的：

所述开关选择器包括第一接入点、第二接入点；

所述噪声源产生电路连接该第一接入点；

所述第二接入点用于接入射频信号；

该开关选择器可选择将所述第一接入点或所述第二接入点与所述YIG调谐滤波器相连。

另一方面，本发明提供了一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准方法，包括：

根据校准频率点设置相应的本振频率；

改变预选器调谐电路控制DAC(Digital to Analog Converter，数模转换器)的数据位；

通过中频接收机检测中频带宽内噪声功率的变化曲线，将该变化曲线中的最大功率值作为参考值；

以该参考值为标准，搜索-3dB功率值，得到相应的两个频率值f_-3dB左和f_-3dB右；

计算该两个频率的平均值，作为YIG调谐滤波器的中心频率f_YTF：

记录该中心频率调谐电流对应DAC的数据位。

上述技术方案具有如下有益效果：

上述技术方案该可实现YTF的中心频率的自动搜索与调整，由于噪声源输出宽带连续频谱，利用内置噪声源作YTF校准的参考信号，可以实现YTF任意频点的连续校准，避免YTF调谐非线性和温漂引入的偏差，提高测量准确度。

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是扫频超外差接收前端原理框图；

图2是YTF中心频率的漂移示意图；

图3是利用外加信号源的预选器校准方案框图；

图4是利用内置梳状波发生器的预选器校准系统结构框图；

图5是梳状波发生器的输出的全谱图；

图6是本发明实施例一，一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准系统结构框图；

图7是本发明实施例噪声源输出的频谱图；

图8是本发明实施例二，一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准方法的流程图

图9是本发明实施例YTF中心频率校准示意图。

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。

基于现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提出一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准系统及方法，能够为YTF连续、实时、快速中心频率的自动搜索与调整提供参考校准信号，解决现有采用外部合成信号发生器作为校准频率参考存在的成本高、无法实时自动校准的问题和采用内置梳状波(COMB)信号作为校准频率参考存在的校准信号产生电路复杂、体积大、成本高、频谱分布不连续、幅度平坦度差、对屏蔽要求高的问题等。实施例一

如图6所示，为本实施例一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准系统的结构框图，包括：

噪声源产生电路601、开关选择器602、钇铁石榴石YIG调谐滤波器603、混频器604以及本振源605；

所述噪声源产生电路的输出端通过所述开关选择器与所述YIG调谐滤波器的输入端连接；

所述调谐滤波器的输出端连接所述混频器的第一输入端；

所述本振源连接所述混频器的第二输入端；

其中：

所述噪声源产生电路包括顺次连接的电流调整电路、噪声二极管以及输出隔直和匹配电路；

该内置的噪声源产生电路，主要由电路调整电路、噪声二极管、输出隔直和匹配电路构成，其核心部分是噪声二极管。噪声源能产生连续频谱，且在很宽的频带内具有基本均匀的功率谱密度，噪声的输出功率平坦度：±1.5dB(10MHz～18GHz)，±2.5dB(10MHz～26.5GHz)，噪声源输出频谱图如图7所示。

所述输出隔直和匹配电路与所述噪声源产生电路的输出端连接。

较佳的：

所述开关选择器包括第一接入点、第二接入点；

所述噪声源产生电路连接该第一接入点；

所述第二接入点用于接入射频信号；

该开关选择器可选择将所述第一接入点或所述第二接入点与所述YIG调谐滤波器相连。

本实施例具有如下有益效果：

本实施例可实现YTF的中心频率的自动搜索与调整，由于噪声源输出宽带连续频谱，利用内置噪声源作YTF校准的参考信号，可以实现YTF任意频点的连续校准，避免YTF调谐非线性和温漂引入的偏差，提高测量准确度。

减小了体积，降低了重量、成本；输出功率低：内置噪声源输出功率谱密度典型值-160dBm/Hz，能够避免对接收机造成干扰，无需采取完善的屏蔽措施；输出功率平坦度好：全频段±2.5dB，可减小对被校准接收机的动态范围的要求；输出连续功率谱：可实现跟踪预选器任意频率的校准。

实施例二

图8为本实施例一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准方法的流程图，包括：

步骤801，根据校准频率点设置相应的本振频率；

步骤802，改变预选器调谐电路控制DAC的数据位；

噪声源能产生连续频谱，且在很宽的频带内具有基本均匀的功率谱密度，噪声的输出功率平坦度：±1.5dB(10MHz～18GHz)，±2.5dB(10MHz～26.5GHz)，噪声源输出频谱图如图7所示。

步骤803，步骤通过中频接收机检测中频带宽内噪声功率的变化曲线，将该变化曲线中的最大功率值作为参考值；

步骤804，以该参考值为标准，搜索-3dB功率值，得到相应的两个频率值f_-3dB左和f_-3dB右；

步骤805，计算该两个频率的平均值，作为YIG调谐滤波器的中心频率f_YTF：

步骤803-805，可参考图9，YTF中心频率校准示意图。

步骤806，记录该中心频率调谐电流对应DAC的数据位。

本实施例具有如下有益效果：

本实施例可实现YTF的中心频率的自动搜索与调整，由于噪声源输出宽带连续频谱，利用内置噪声源作YTF校准的参考信号，可以实现YTF任意频点的连续校准，避免YTF调谐非线性和温漂引入的偏差，提高测量准确度。

输出功率低：内置噪声源输出功率谱密度典型值-160dBm/Hz，能够避免对接收机造成干扰，无需采取完善的屏蔽措施；输出功率平坦度好：全频段±2.5dB，可减小对被校准接收机的动态范围的要求；输出连续功率谱：可实现跟踪预选器任意频率的校准。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于内置噪声源的跟踪预选器校准方法，使用基于内置噪声源的跟踪预选器校准系统，包括：噪声源产生电路、开关选择器、钇铁石榴石调谐滤波器、混频器以及本振源；所述噪声源产生电路的输出端通过所述开关选择器与所述钇铁石榴石调谐滤波器的输入端连接；所述调谐滤波器的输出端连接所述混频器的第一输入端；所述本振源连接所述混频器的第二输入端；其特征在于，包括：

根据校准频率点设置相应的本振频率；

改变预选器调谐电路控制数模转换器DAC的数据位；

通过中频接收机检测中频带宽内噪声功率的变化曲线，将该变化曲线中的最大功率值作为参考值；

以该参考值为标准，搜索-3dB功率值，得到相应的两个频率值f_-3dB左和f_-3dB右；

计算该两个频率的平均值，作为YIG调谐滤波器的中心频率f_YTF：

记录该中心频率调谐电流对应DAC的数据位。