CN105548707A - 一种电磁信号谐波失真自动测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁信号谐波失真自动测量方法及系统，包括：利用正峰值检波方式进行扫描，将频谱轨迹数据中的幅度最大值对应的频率值作为基波信号的频率；对基波信号进行频率计数，确定为基波频率，基于基波频率计算谐波频率；初始化频宽，根据频宽值计算基波信号中功率占信号总功率的设定值所对应的信号带宽值，求取该带宽值与初始频宽的比值，逐步调整初始频宽，直到该比值满足条件，记录此时的信号带宽值；根据信号带宽值计算基波分辨率带宽，计算出谐波的分辨率带宽；建立执行参数属性表，依照表格自动匹配微波信号分析仪的执行参数。本发明能在不改变现有信号分析仪硬件结构的基础上，通过添加测试软件插件来实现，实现简单且通用性强。

Description

一种电磁信号谐波失真自动测量方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电磁信号谐波失真自动测量方法及系统。

背景技术

通常，每一个信号都包含谐波，谐波是由于非线性特性产生的，是一个纯正弦波的附加频率。谐波是属于可预见性的失真产物，它们直接与输入信号的频率相关，尤其在无线电系统中，谐波表现为系统频带中的电磁干扰信号，会使得系统的信噪比下降，严重影响系统的容量和质量，因此必须要测量系统中电磁信号的谐波以及总谐波失真。微波信号分析仪作为一种通用的信号测量类仪器，可用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等各种信号参数的测量，还可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。通常情况下，在利用信号分析仪测量谐波失真时，需要分别单独测量基波信号和每个谐波信号的功率。这种情况下需要用户反复操作仪器测量菜单，通过手动来设置仪器的各种参数，比如信号频率、分辨率带宽、扫描时间、频宽等仪器测量参数，然后执行仪器扫描测量过程，并根据仪器测量得到的基波和谐波功率值手动计算出信号的总谐波失真值。因此，这种测量方式的操作较为繁琐、测量时间较长，而且可能会出现错误。

利用微波信号分析仪测量信号的谐波失真时，在测量过程中需用户手动调节、频繁切换信号的频率、分辨率带宽、扫描时间、频宽等仪器测量参数设置，并根据测量的幅度值来手动计算总谐波失真值。这种测量方式的操作较为繁琐、测量时间较长，而且可能会出现错误。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种电磁信号谐波失真自动测量方法及系统，本方法具有方便快捷、测试准确的优点，能够有效避免手动繁琐操作带来的错误。另外，本发明能在不改变现有信号分析仪硬件结构的基础上，通过添加测试软件插件来实现，实现简单且通用性强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电磁信号谐波失真自动测量方法，包括以下步骤：

(1)利用正峰值检波方式进行扫描，将频谱轨迹数据中的幅度最大值对应的频率值作为基波信号的频率；

(2)对基波信号进行频率计数，确定为基波频率，基于基波频率计算谐波频率；

(3)初始化频宽，根据频宽值计算基波信号中功率占信号总功率的设定值所对应的信号带宽值，求取该带宽值与初始频宽的比值，逐步调整初始频宽，直到该比值满足条件，记录此时的信号带宽值；

(4)根据信号带宽值计算基波分辨率带宽，计算出谐波的分辨率带宽；

(5)建立执行参数属性表，记录每个谐波的表格属性元素有频率、频宽、分辨率带宽、视频带宽、扫描时间和检波方式，依照表格自动匹配微波信号分析仪的执行参数；

(6)微波信号分析仪按顺序执行谐波的扫描测量，获取每个谐波的频谱数据，分别计算每个谐波的功率值，并在所有谐波测试完成后计算信号的总谐波失真值。

所述步骤(1)中，基波搜索时，首先设置微波信号分析仪为最大频宽，检波方式为正峰值检波，微波信号分析仪的其他仪器参数处于自动耦合状态，进行一次扫描测量，将频谱轨迹数据中的幅度最大值对应的频率值作为基波信号的频率。

所述步骤(2)中，将频率计数获得的频率值确定为基波频率F1；各个谐波的频率参数，可根据计数后的基波频率计算出谐波的频率Fn，即Fn＝n*F1，其中n>1，n为正整数。

所述步骤(2)中，Fn取值必须在微波信号分析仪有效的频率范围内。

所述步骤(3)中，设置初始频宽为50MHz～100MHz内的任意值，其它参数根据频宽值自动耦合。

所述步骤(3)中，对基波信号执行扫描并获取频谱测量数据，然后计算基波信号中功率占信号总功率的99％所对应的信号带宽值。

所述步骤(3)中，求取信号带宽值与设置的初始频宽的比值，并记录为k；如果k<0.4，则缩减频宽为k*SPAN1/0.4，继续进行扫描测量，计算比值k，直到k>＝0.4为止，并记录此时占用设定值功率的信号带宽值。

所述步骤(4)中，基波信号测量的分辨率带宽取值为3.5倍信号占用带宽值。

所述步骤(4)中，测量各个谐波所使用的分辨率带宽记为RBWn，由基波分辨率带宽计算出谐波的分辨率带宽，即为RBWn＝n*RBW1，其中n>1，n为正整数，并且RBWn为仪器可用分辨率带宽。

一种电磁信号谐波失真自动测量系统，包括基波搜索模块、参数设定模块、数据获取模块和功率计算模块，其中：

基波搜索模块包括频率计数模块和带宽优化模块，所述频率计数模块用于获得精确的基波频率；所述带宽优化模块用于计算获取待测电磁信号的适合带宽；

所述参数设定模块用于组装基波及所有谐波的分析参数表，为执行谐波的扫描测量做准备；

所述数据获取模块根据参数设定驱动仪器扫描，获取测量的谐波频谱数据数组，并反馈给功率计算模块；

所述功率计算模块用于根据参数设定模块反馈的功率值数组，计算各个谐波信号的功率值，并在所有谐波测试完成后计算总谐波失真值。

本发明的有益效果为：

(1)具有方便快捷、测试准确的优点，能够有效避免手动繁琐操作带来的错误；

(2)本发明能在不改变现有信号分析仪硬件结构的基础上，通过添加测试软件插件来实现，实现简单且通用性强。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的带宽优化的流程示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明公开了一种电磁信号谐波失真自动测量方法。

利用基波搜索模块、参数设定模块、数据获取模块和功率计算模块。其中，基波搜索模块包括频率计数模块和带宽优化模块，频率计数用于获得精确的基波频率；带宽优化用于计算获取待测电磁信号的适合带宽。参数设定模块用于组装基波及所有谐波的分析参数表，为执行谐波的扫描测量做准备。数据获取模块根据参数设定驱动仪器扫描，获取测量的谐波频谱数据数组，并反馈给功率计算模块。功率计算模块用于根据参数设定模块反馈的功率值数组，首先计算各个谐波信号的功率值，并在所有谐波测试完成后计算总谐波失真值。本发明具有方便快捷、测试准确的优点，能够有效避免手动繁琐操作带来的错误。另外，本发明能在不改变现有信号分析仪硬件结构的基础上，通过添加测试软件插件来实现，实现简单且通用性强。

本发明提出的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其测量流程如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1：执行基波搜索。基波搜索时，首先设置仪器为最大频宽，检波方式为正峰值检波，分辨率带宽等仪器参数处于自动耦合状态，进行一次扫描测量，将频谱轨迹数据中的幅度最大值对应的频率值作为基波信号的频率。

步骤2：执行频率计数。对步骤1得到的频率执行频率计数过程，以获得高精度的基波频率，并将频率计数获得的频率值确定为基波频率F1。各个谐波的频率参数，可根据计数后的基波频率计算出谐波的频率Fn，即Fn＝n*F1，其中n>1，n为正整数，且Fn取值必须在仪器有效的频率范围内。

步骤3：执行带宽优化。为了能够准确测量信号的功率，需要对步骤2测量的基波信号F1进行信号带宽的估计。如图2所示，首先设置初始频宽为SPAN1(SPAN1可取值为50MHz～100MHz内的任意值)，其它参数根据频宽值自动耦合，对基波信号执行扫描并获取频谱测量数据，然后计算基波信号中功率占信号总功率的99％所对应的信号带宽值，记录为BW1。求取BW1与频宽SPAN1的比值，并记录为k；如果k<0.4，则缩减频宽为k*SPAN1/0.4,继续进行扫描测量，计算比值k，直到k>＝0.4为止，并记录此时占用99％功率的信号带宽值为BW。基波信号测量的分辨率带宽取值为3.5倍信号占用带宽值，记录为RBW1，即为RBW1＝3.5*BW，并且RBW1为仪器可用分辨率带宽。测量各个谐波所使用的分辨率带宽记为RBWn，可由基波分辨率带宽计算出谐波的分辨率带宽，即为RBWn＝n*RBW1,其中n>1，n为正整数，并且RBWn为仪器可用分辨率带宽。

步骤4：执行参数设定。在参数设定模块中为基波及每个谐波设计一个用于存储仪器设置参数属性表，其中每个谐波的表格属性元素有频率、频宽、分辨率带宽、视频带宽、扫描时间、检波方式等。其中各个谐波的频率由步骤2获得，谐波分辨率带宽由步骤3获得；检波方式采用正峰值检波，其它参数根据仪器耦合情况自动设置。

步骤5：执行数据获取。参数设定组装完毕后，则驱动仪器按顺序执行谐波的扫描测量，获取每个谐波的频谱数据，并反馈给功率计算模块。

步骤6：执行功率计算。根据步骤5获得的频谱数据，分别计算每个谐波的功率值，并在所有谐波测试完成后计算信号的总谐波失真值。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)利用正峰值检波方式进行扫描，将频谱轨迹数据中的幅度最大值对应的频率值作为基波信号的频率；

(2)对基波信号进行频率计数，确定为基波频率，基于基波频率计算谐波频率；

(3)初始化频宽，根据频宽值计算基波信号中功率占信号总功率的设定值所对应的信号带宽值，求取该带宽值与初始频宽的比值，逐步调整初始频宽，直到该比值满足条件，记录此时的信号带宽值；

(4)根据信号带宽值计算基波分辨率带宽，计算出谐波的分辨率带宽；

(5)建立执行参数属性表，记录每个谐波的表格属性元素有频率、频宽、分辨率带宽、视频带宽、扫描时间和检波方式，依照表格自动匹配微波信号分析仪的执行参数；

(6)微波信号分析仪按顺序执行谐波的扫描测量，获取每个谐波的频谱数据，分别计算每个谐波的功率值，并在所有谐波测试完成后计算信号的总谐波失真值。

2.如权利要求1所述的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：所述步骤(1)中，基波搜索时，首先设置微波信号分析仪为最大频宽，检波方式为正峰值检波，微波信号分析仪的其他仪器参数处于自动耦合状态，进行一次扫描测量，将频谱轨迹数据中的幅度最大值对应的频率值作为基波信号的频率。

3.如权利要求1所述的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：所述步骤(2)中，将频率计数获得的频率值确定为基波频率F1；各个谐波的频率参数，根据计数后的基波频率计算出谐波的频率Fn，即Fn＝n*F1，其中n>1，n为正整数。

4.如权利要求3所述的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：所述步骤(2)中，Fn取值必须在微波信号分析仪有效的频率范围内。

5.如权利要求1所述的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：所述步骤(3)中，设置初始频宽为50MHz～100MHz内的任意值，其它参数根据频宽值自动耦合。

6.如权利要求1所述的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：所述步骤(3)中，对基波信号执行扫描并获取频谱测量数据，然后计算基波信号中功率占信号总功率的99％所对应的信号带宽值。

7.如权利要求1所述的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：所述步骤(3)中，求取信号带宽值与设置的初始频宽的比值，并记录为k；如果k<0.4，则缩减频宽为k*SPAN1/0.4，继续进行扫描测量，计算比值k，直到k>＝0.4为止，并记录此时占用设定值功率的信号带宽值。

8.如权利要求1所述的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：所述步骤(4)中，基波信号测量的分辨率带宽取值为3.5倍信号占用带宽值。

9.如权利要求1所述的一种电磁信号谐波失真自动测量方法，其特征是：所述步骤(4)中，测量各个谐波所使用的分辨率带宽记为RBWn，由基波分辨率带宽计算出谐波的分辨率带宽，即为RBWn＝n*RBW1，其中n>1，n为正整数，并且RBWn为仪器可用分辨率带宽。

10.一种电磁信号谐波失真自动测量系统，其特征是：包括基波搜索模块、参数设定模块、数据获取模块和功率计算模块，其中：

基波搜索模块包括频率计数模块和带宽优化模块，所述频率计数模块用于获得精确的基波频率；所述带宽优化模块用于计算获取待测电磁信号的适合带宽；

所述参数设定模块用于组装基波及所有谐波的分析参数表，为执行谐波的扫描测量做准备；

所述数据获取模块根据参数设定驱动仪器扫描，获取测量的谐波频谱数据数组，并反馈给功率计算模块；

所述功率计算模块用于根据参数设定模块反馈的功率值数组，计算各个谐波信号的功率值，并在所有谐波测试完成后计算总谐波失真值。