CN104483556B - 基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法及装置 - Google Patents
基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104483556B CN104483556B CN201410753357.7A CN201410753357A CN104483556B CN 104483556 B CN104483556 B CN 104483556B CN 201410753357 A CN201410753357 A CN 201410753357A CN 104483556 B CN104483556 B CN 104483556B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- multiplier
- signal
- frequency
- orthogonal
- swept
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于零中频二次正交解调的频率特性测量装置，它包括正交扫频信号源，正交扫频信号源的第一输出端与第一乘法器和第三乘法器的连接，正交扫频信号源的第二输出端与第二乘法器和第四乘法器连接；独立扫频信号源与被测网络、第一乘法器、第二乘法器连接，被测网络与第三乘法器、第四乘法器连接；第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器分别依次与低通滤波器、ADC模块连接，ADC模块与MCU模块连接，MCU模块与显示器连接。本发明还提供一种基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法。该方法和装置采用零中频二次正交解调，解决了正交解调中的IQ失配问题，实现了对网络(电路)频率特性的准确测量。
Description
技术领域
本发明利用通信电子领域中的零中频原理提出了一种基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法及装置，其主要应用于频率特性测试仪的研发与设计。
背景技术
在测试某个电子设备或网络的性能时，其频率特性测试是必不可少的。现有的频率特性测量方法有多种，各有优缺点。
一、利用分立元件。主要包括扫频信号源、幅频测量模块、相频测量模块、频率特性显示模块，如图1所示。其测量原理为扫频信号源输出一个正弦交流信号Acosωt，分别输入到被测网络、幅频测量模块、相频测量模块；被测网络的输出为分别输入到幅频测量模块、相频测量模块；幅频测量模块通过峰值检波分别测出Acosωt和的幅度有效值，通过计算得出被测网络的幅频特性曲线在显示屏上显示；相频测量模块通过二极管平衡鉴相电路测出Acosωt与之间的相位差通过计算得出被测网络的相频特性曲线在显示屏上显示。无论是幅频测量模块还是相频测量模块，都主要依赖于分立元件二极管检波，而二极管检波能力受频率变化的影响，频率越高，二极管检波误差越大，进而无法实现频率特性的精准测量。
二、利用高速ADC。主要包括扫频信号源、两路高速ADC模块、FPGA+MCU数字信号处理模块、显示模块，如图2所示。其测量原理为扫频信号源输出一个正弦交流信号Acosωt，一路直接输入到高速ADC1，另一路经过被测网络以后输入到高速ADC2，则两路信号Acosωt和通过高速ADC后得到数字量送入FPGA和MCU处理，经过频率特性测量算法，可以测出幅频特性曲线和相频特性曲线，然后在屏幕上显示。该方法虽然能够测量频率特性，但系统结构复杂度高、成本高、算法实现困难，而且高速ADC的转换精度和频率特性都会直接影响到频率特性测量的精度。
三、利用集成幅度相位检测芯片。主要包括扫频信号源、幅度相位检测芯片AD8302、信号调理模块、ADC及数据处理模块、显示模块，如图3所示。其测量原理类似与方法二，只是将两路信号Acosωt和直接送入专用的幅度相位检测芯片AD8302进行处理，并由VMAG和VPHS两个引脚输出两个直流电压值，经过信号调理和ADC后，利用MCU计算出幅频特性和相频特性，并在显示屏上显示。该方法过于依赖AD8302芯片的性能，该芯片幅度测量较为精确，但是相位测量却有较大误差，特别是在0°、180°、-180°这几个相位点，会产生相频特性曲线的突变和畸变，这是该方案在相频测量上的局限性。
因此，我们迫切需要一种新的频率特性测试装置及方法，以准确测量电子设备或网络的频率特性。
发明内容
本发明提供一种基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法及装置。该方法和装置采用射频接收机技术中的零中频正交解调原理，通过二次正交解调解决了IQ信号失配问题从而提高频率特性测量精度，实现了对网络(电路)频率特性的准确测量。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种基于零中频二次正交解调的频率特性测量装置，它包括正交扫频信号源和独立扫频信号源，
所述正交扫频信号源的第一输出端分别与第一乘法器和第三乘法器的输入端连接，所述正交扫频信号源的第二输出端分别与第二乘法器和第四乘法器的输入端连接；
所述独立扫频信号源的输出端分别与被测网络、第一乘法器、第二乘法器的输入端连接，被测网络的输出端分别与第三乘法器、第四乘法器的输入端连接；
所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的输出端分别依次与低通滤波器、ADC模块连接，所述ADC模块的输出端与MCU模块的输入端连接，所述MCU模块的输出端与显示器连接。
本发明还提供一种利用基于零中频二次正交解调的频率特性测量装置进行频率特性测量的方法，它包括以下步骤：
将正交扫频信号源输出的信号Acosωt分别送入第一乘法器和第三乘法器中；正交扫频信号源输出的信号Asinωt分别送入第二乘法器和第四乘法器中；
将独立扫频信号源输出的信号送入被测网络、第一乘法器和第二乘法器中；将被测网络输出的信号(其中，C为信号峰值，ω为信号角频率，为信号相位，t为时间)送入第三乘法器和第四乘法器中；
将第一乘法器输出的信号送入第一低通滤波器中，将第一低通滤波器输出的信号送入第一ADC模块中，第一ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第二乘法器输出的信号送入第二低通滤波器中，将第二低通滤波器输出的信号送入第二ADC模块中，第二ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第三乘法器输出的信号送入第三低通滤波器中，将第三低通滤波器输出的信号送入第三ADC模块中，第三ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第四乘法器输出的信号送入第四低通滤波器中，将第四低通滤波器输出的信号送入第四ADC模块中，第四ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
所述MCU模块经过计算得出被测网络的幅频和相频特性，并将该幅频和相频特性在显示器上显示。
本发明中：
正交扫频信号源：用于产生指定频率范围的两路正交扫频信号，两路信号一般表达式分别为：Acosωt和Asinωt(A为信号峰值，ω为信号角频率，t为时间)，其特点是频率相同、幅度相等、信号正交(相位差为90°)，具有带50Ω负载能力；
独立扫频信号源：用于产生与正交扫频信号源相同频率的正弦交流信号，而幅度和相位可以为任意值，具有带50Ω负载能力，其信号一般表达式为：(B为信号峰值，ω为信号角频率，为信号相位，t为时间)；
乘法器：用于两路正弦信号相乘，其输出即为两路正弦信号相乘的结果；
低通滤波器：用于滤除对应的乘法器输出的交流分量，获得其直流偏置电压；
ADC模块：用于采集对应的低通滤波器输出的直流电压，并转换成相应的数字量，送入MCU处理；
MCU模块：用于控制正交扫频信号源和独立扫频信号源的信号输出，并且通过4换个ADC模块的四个数字量计算出被测网络的幅频和相频特性。
本发明中，通过MCU模块控制正交扫频信号源输出指定频率范围的两路正交扫频信号Acosωt和Asinωt，控制独立扫频信号源输出与正交扫频信号源相同频率但幅度相位任意的正弦交流信号
本发明的有益效果在于：本发明解决了分立元件方案中随频率变化，频率特性测量精度下降的问题以及频率测量范围的局限性。对比高速ADC方案，本发明摒弃了复杂的算法和软件校准，系统复杂度小，硬件电路较为简洁。本发明克服了利用集成幅相检测芯片测量所带来的相频特性曲线畸变和突变等问题。本发明解决了传统零中频正交解调中IQ失配带来的解调精度下降等问题，通过二次正交解调实现IQ信号高匹配度(高IQ匹配度是指IQ信号不失配时信号正交的程度)从而提高频率特性测量精度，实现了对网络(电路)频率特性的准确测量。
附图说明
图1为分立元件测量频率特性框图。
图2为高速ADC测量频率特性框图。
图3为集成幅度相位检测芯片测量频率特性框图。
图4为零中频二次正交解调测量频率特性框图。
图5为零中频二次正交解调控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图4、图5，一种基于零中频二次正交解调的频率特性测量装置，它包括正交扫频信号源和独立扫频信号源，
所述正交扫频信号源的第一输出端分别与第一乘法器和第三乘法器的输入端连接，所述正交扫频信号源的第二输出端分别与第二乘法器和第四乘法器的输入端连接；
所述独立扫频信号源的输出端分别与被测网络、第一乘法器、第二乘法器的输入端连接，被测网络的输出端分别与第三乘法器、第四乘法器的输入端连接；
所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的输出端分别依次与低通滤波器、ADC模块连接，所述ADC模块的输出端与MCU模块的输入端连接，所述MCU模块的输出端与显示器连接；
所述MCU模块输出正交扫频信号和独立扫频信号，该正交扫频信号的第一输出信号输入第一乘法器和第三乘法器中，所述正交扫频信号的第二输出信号输入第二乘法器和第四乘法器中；该独立扫频信号输入被测网络、第一乘法器、第二乘法器中。
本发明还提供一种利用上述基于零中频二次正交解调的频率特性测量装置进行频率特性测量的方法，它主要包括以下步骤：
将正交扫频信号源输出的信号Acosωt分别送入第一乘法器和第三乘法器中；正交扫频信号源输出的信号Asinωt分别送入第二乘法器和第四乘法器中；
将独立扫频信号源输出的信号送入被测网络、第一乘法器和第二乘法器中；由于信号经过被测网络后，幅度和相位均会发生改变，但其频率不会发生变化。设被测网络的输出信号为：将被测网络输出的信号送入第三乘法器和第四乘法器中；
将第一乘法器输出的信号送入第一低通滤波器中，将第一低通滤波器输出的信号送入第一ADC模块中，第一ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第二乘法器输出的信号送入第二低通滤波器中，将第二低通滤波器输出的信号送入第二ADC模块中，第二ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第三乘法器输出的信号送入第三低通滤波器中，将第三低通滤波器输出的信号送入第三ADC模块中，第三ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第四乘法器输出的信号送入第四低通滤波器中，将第四低通滤波器输出的信号送入第四ADC模块中，第四ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
所述MCU模块经过计算得出被测网络的幅频和相频特性，并将该幅频和相频特性在显示器上显示；
所述MCU模块输出正交扫频信号和独立扫频信号，该正交扫频信号的第一输出信号输入第一乘法器和第三乘法器中，所述正交扫频信号的第二输出信号输入第二乘法器和第四乘法器中；该独立扫频信号输入被测网络、第一乘法器、第二乘法器中。
本发明中，4个乘法器的输出均为一个直流偏置上的交流信号，由于每个乘法器的输入不同，其输出值也不一样，主要表现在直流偏置的差异。经过同一结构形式的低通滤波器以后，乘法器输出的交流分量基本完全滤除，即可得到四路直流分量。
本发明中，4个ADC模块的输入即为对应的低通滤波器的输出，也即是四路直流分量的值。经过AD转换以后，将对应的数字量送入MCU模块进行处理，MCU模块可以利用4个ADC模块输出值推算出被测网络的幅频和相频特性。
MCU模块控制正交扫频信号源输出指定频率范围的两路正交扫频信号Acosωt和Asinωt，控制独立扫频信号源输出与正交扫频信号源相同频率但幅度相位任意的正弦交流信号其中信号Acosωt送入第一乘法器和第三乘法器中，信号Asinωt送入第二乘法器和第四乘法器中，信号送入被测网络、第一乘法器和第二乘法器中，被测网络的输出信号送入乘法器3和乘法器4中。
在图4中，通过对乘法器的输入信号做乘法运算，可以得到乘法器的输出信号分别为：
第一乘法器的输出信号为：
第二乘法器的输出信号为：
第三乘法器的输出信号为：
第四乘法器的输出信号为：
4个输出信号分别经过同一结构形式的低通滤波器后，滤除了高频分量，留下直流分量，其输出接到4个ADC模块的输入端，4个ADC模块的输入信号分别为：
第一ADC模块的输入信号为：
第二ADC模块的输入信号为：
第三ADC模块的输入信号为：
第四ADC模块的输入信号为：
以上4个直流电压信号，经过ADC模块后，送入MCU模块处理，经过计算即可算出被测网络的幅频和相频特性。设4个ADC模块的输入信号分别为DC1、DC2、DC3、DC4，在频率时，设幅度增量为MAG，相位差为PHS，输入信号相位为INPHS，输出信号相位为OUTPHS，则计算公式为：
PHS＝OUTPHS-INPHS；
该方法和装置采用零中频二次正交解调，解决了正交解调中的IQ失配问题，实现了对网络(电路)频率特性的准确测量。
Claims (4)
1.一种基于零中频二次正交解调的频率特性测量装置，其特征在于：它包括正交扫频信号源和独立扫频信号源，
所述正交扫频信号源的第一输出端分别与第一乘法器和第三乘法器的输入端连接，所述正交扫频信号源的第二输出端分别与第二乘法器和第四乘法器的输入端连接；
所述独立扫频信号源的输出端分别与被测网络、第一乘法器、第二乘法器的输入端连接，被测网络的输出端分别与第三乘法器、第四乘法器的输入端连接；
所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的输出端分别依次与低通滤波器、ADC模块连接，所述ADC模块的输出端与MCU模块的输入端连接，所述MCU模块的输出端与显示器连接。
2.如权利要求1所述的基于零中频二次正交解调的频率特性测量装置，其特征在于：所述MCU控制正交扫频信号源的正交扫频信号输出，以及控制独立扫频信号源的独立扫频信号输出；正交扫频信号的第一输出信号输入第一乘法器和第三乘法器中，正交扫频信号的第二输出信号输入第二乘法器和第四乘法器中；独立扫频信号输入被测网络、第一乘法器、第二乘法器中。
3.一种利用权利要求1、2任一所述的基于零中频二次正交解调的频率特性测量装置进行频率特性测量的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
将正交扫频信号源输出的信号Acosωt分别送入第一乘法器和第三乘法器中；正交扫频信号源输出的信号Asinωt分别送入第二乘法器和第四乘法器中；
将独立扫频信号源输出的信号送入被测网络、第一乘法器和第二乘法器中；将被测网络输出的信号送入第三乘法器和第四乘法器中；
将第一乘法器输出的信号送入第一低通滤波器中，将第一低通滤波器输出的信号送入第一ADC模块中，第一ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第二乘法器输出的信号送入第二低通滤波器中，将第二低通滤波器输出的信号送入第二ADC模块中，第二ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第三乘法器输出的信号送入第三低通滤波器中，将第三低通滤波器输出的信号送入第三ADC模块中，第三ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
将第四乘法器输出的信号送入第四低通滤波器中，将第四低通滤波器输出的信号送入第四ADC模块中，第四ADC模块输出的信号送入MCU模块中；
所述MCU模块经过计算得出被测网络的幅频和相频特性，并将该幅频和相频特性在显示器上显示。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述MCU控制正交扫频信号源的正交扫频信号输出，以及控制独立扫频信号源的独立扫频信号输出；正交扫频信号的第一输出信号输入第一乘法器和第三乘法器中，正交扫频信号的第二输出信号输入第二乘法器和第四乘法器中；独立扫频信号输入被测网络、第一乘法器、第二乘法器中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410753357.7A CN104483556B (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410753357.7A CN104483556B (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104483556A CN104483556A (zh) | 2015-04-01 |
| CN104483556B true CN104483556B (zh) | 2017-04-12 |
Family
ID=52758121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410753357.7A Active CN104483556B (zh) | 2014-12-10 | 2014-12-10 | 基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104483556B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106291105B (zh) * | 2016-09-12 | 2019-10-01 | 电子科技大学 | 一种基于数字零中频的扫频仪 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0772193A (ja) * | 1993-07-09 | 1995-03-17 | Yokogawa Hewlett Packard Ltd | 回路網測定装置及び方法 |
| US7415373B2 (en) * | 2004-07-05 | 2008-08-19 | Agilent Technologies, Inc. | Method of measuring frequency translation device |
| CN201607486U (zh) * | 2010-02-24 | 2010-10-13 | 陈晓明 | 数字式频率特性测试仪 |
| CN102231636A (zh) * | 2011-06-21 | 2011-11-02 | 清华大学 | 一种接收机射频前端装置及其接收信号方法 |
| CN203772956U (zh) * | 2014-05-21 | 2014-08-13 | 南京信息工程大学 | 一种基于正交调制原理的频率特性测试仪 |
-
2014
- 2014-12-10 CN CN201410753357.7A patent/CN104483556B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0772193A (ja) * | 1993-07-09 | 1995-03-17 | Yokogawa Hewlett Packard Ltd | 回路網測定装置及び方法 |
| US7415373B2 (en) * | 2004-07-05 | 2008-08-19 | Agilent Technologies, Inc. | Method of measuring frequency translation device |
| CN201607486U (zh) * | 2010-02-24 | 2010-10-13 | 陈晓明 | 数字式频率特性测试仪 |
| CN102231636A (zh) * | 2011-06-21 | 2011-11-02 | 清华大学 | 一种接收机射频前端装置及其接收信号方法 |
| CN203772956U (zh) * | 2014-05-21 | 2014-08-13 | 南京信息工程大学 | 一种基于正交调制原理的频率特性测试仪 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 基于AD9854与STM32的频率特性测试仪设计;董宝玉等;《化工自动化及仪表》;20140610;第41卷(第6期);第655-659页 * |
| 基于AD9854的简易频率特性测试仪;王敏;《数字技术与应用》;20130915(第9期);第69-70页 * |
| 基于零中频正交解调频率特性测试仪的设计与实现;李裕;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20160215(第2期);C042-1828 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104483556A (zh) | 2015-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109633262A (zh) | 基于组合窗多谱线fft的三相谐波电能计量方法、装置 | |
| CN106066425B (zh) | 一种阻抗测量装置及其实现校准补偿的方法 | |
| CN105676008B (zh) | 一种数字式电场传感器 | |
| CN107966620A (zh) | 一种数字鉴频的相位噪声测量装置及方法 | |
| CN101915874A (zh) | 一种基于傅立叶变换的谐波检测方法 | |
| CN104122444A (zh) | 全数字中频频谱分析仪及频谱分析方法 | |
| CN103217578B (zh) | 基于锁相环技术测量信号间相位差的数字相位计及其方法 | |
| CN103534601B (zh) | 用于实时谐波频谱分析仪的装置和方法 | |
| CN106291105B (zh) | 一种基于数字零中频的扫频仪 | |
| CN205427032U (zh) | 一种基于锁相环的弱信号检测装置 | |
| CN104535838B (zh) | 一种相频特性检测器及检测相频特性的方法 | |
| CN108061820A (zh) | 一种用于adc相频响应测试的方法 | |
| CN204595094U (zh) | 双通道相位差测量系统 | |
| CN104483619B (zh) | 一种基于虚拟仪器的频率特性测试系统 | |
| CN203720262U (zh) | 一种频率特性测量装置 | |
| CN109061259A (zh) | 一种智能电能表计量误差分析方法、计量装置以及智能电能表 | |
| CN105548710B (zh) | 一种增强型自动平衡桥及其实现阻抗测量的方法 | |
| CN104730342B (zh) | 交流电阻时间常数的测量电路和测量方法 | |
| CN104237832B (zh) | 一种复阻抗标准器的校准方法及装置 | |
| CN104483556B (zh) | 基于零中频二次正交解调的频率特性测量方法及装置 | |
| CN102200550B (zh) | 一种用于高精度测量相位差的延迟正交数字中频鉴相方法 | |
| CN105372498B (zh) | 用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法 | |
| CN102323481B (zh) | 非稳定谐波及间谐波测量仪 | |
| CN109752597B (zh) | 一种电感引线补偿装置及方法 | |
| CN109521269A (zh) | 一种幅度调制信号数字化测频方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20150401 Assignee: Hubei Juhui New Material Industry Technology Research Institute Co.,Ltd. Assignor: CENTRAL CHINA NORMAL University Contract record no.: X2022420000147 Denomination of invention: Frequency characteristic measurement method and device based on zero IF quadratic quadrature demodulation Granted publication date: 20170412 License type: Common License Record date: 20221228 |