CN106405221A - 一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置和方法，包括：变频单元、可变带宽滤波单元、校准信号产生单元、中频调理通道单元、加法器、数字化转换单元、FFT转换和校准单元；输入的射频信号经过变频单元转换为较低频率的固定中频信号，固定中频信号经过可变带宽滤波单元滤波后与校准信号产生单元产生的校准信号输入加法器相加合，并为一路信号，再进入中频调理通道单元，经过选频放大、滤波处理后，输入数字化转换单元转为数字信号，再由FFT转换和校准单元把数字信号转换为频谱序列，序列中包括了校准信号和输入信号的幅度和功率。本发明能够实现信号频率和功率的快速测量，既保证了仪器的测量精度，又提高了仪器的测量速度。

Description

一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置和方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置，还涉及一种快速高精度测量信号频率功率参数的方法。

背景技术

频率和功率测量是信号分析接收类仪器的必备功能，如何保证测试的精度和测试的效率对仪器至关重要。对应信号接收与分析类设备，输入信号经过仪器内部的通道调理后，包括滤波、放大、混频，功率会受到放大器增益的稳定性、温度等影响，会处于变化中，这个变化就是功率测量的一个误差。传统的测试方式，一般是通过一个标准功率和频率的校准源，对仪器的测试结果进行定标，分为测试和校准两种工作模式。当温度等参数的变化导致功率偏差比较大时候，启动一次校准，不仅耗时，影响测试效率，而且由于通道的参数处于不断变化之中，校准时获得的通道参数偏差，并非接收处理输入信号的时刻，因此通道误差只能控制在一个限度内，如果通道参数受多种因素的影响变化过快，则偏差会比较大。为实现频率的精确测量，一般要配备频率计数功能，在测量完信号的功率后，对于频率再通过频率计数功能进行进一步的精确测量。

现有技术的缺点是信号频率和功率测量过程中，因通道参数变化后需要不断的校准，校准完成后再进行测量，并且测量和校准非同一时刻，既影响了测量速度，又无法提高测量精度，为提高测量精度，必须更频繁的校准，这又降低了测量速度。功率和频率测量无法兼顾，要精确测量功率，就无法精确测量频率。

发明内容

为解决上述现有技术中的缺点，本发明提出了一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置和方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置，包括：变频单元、可变带宽滤波单元、校准信号产生单元、中频调理通道单元、加法器、数字化转换单元、FFT转换和校准单元；

输入的射频信号经过变频单元转换为较低频率的固定中频信号，固定中频信号经过可变带宽滤波单元滤波后与校准信号产生单元产生的校准信号输入加法器相加合，并为一路信号，再进入中频调理通道单元，经过选频放大、滤波处理后，输入数字化转换单元转为数字信号，再由FFT转换和校准单元把数字信号转换为频谱序列，序列中包括了校准信号和输入信号的幅度和功率。

可选地，所述校准信号的频率选择在中频调理通道3dB带宽的内边缘，可变带宽滤波单元的3dB带宽之外。

可选地，FFT转换后的频谱间隔为Fs/N，其中Fs为采样率，N为FFT的点数，这样频谱测量的频率精度为Fs/N，FFT转换后对3dB带宽边缘外的信号进行峰值处理，测得校准信号的频率为f2的话，计算与校准信号f1的频率偏差，并计算测得的校准信号的功率与校准信号f1的功率偏差，然后把这两个差值加到FFT转换后的所有频谱上，输出频谱。

本发明还提出了一种快速高精度测量信号频率功率参数的方法，包括：变频单元、可变带宽滤波单元、校准信号产生单元、中频调理通道单元、加法器、数字化转换单元、FFT转换和校准单元；

输入的射频信号经过变频单元转换为较低频率的固定中频信号，固定中频信号经过可变带宽滤波单元滤波后与校准信号产生单元产生的校准信号输入加法器相加合，并为一路信号，再进入中频调理通道单元，经过选频放大、滤波处理后，输入数字化转换单元转为数字信号，再由FFT转换和校准单元把数字信号转换为频谱序列，序列中包括了校准信号和输入信号的幅度和功率。

可选地，所述校准信号的频率选择在中频调理通道3dB带宽的内边缘，可变带宽滤波单元的3dB带宽之外。

可选地，FFT转换后的频谱间隔为Fs/N，其中Fs为采样率，N为FFT的点数，这样频谱测量的频率精度为Fs/N，FFT转换后对3dB带宽边缘外的信号进行峰值处理，测得校准信号的频率为f2的话，计算与校准信号f1的频率偏差，并计算测得的校准信号的功率与校准信号f1的功率偏差，然后把这两个差值加到FFT转换后的所有频谱上，输出频谱。

本发明的有益效果是：

(1)能够实现信号频率和功率的快速测量；

(2)既保证了仪器的测量精度，又提高了仪器的测量速度。

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为本发明一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置的原理图。

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。

本发明提出了一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置和方法，用于提高信号分析接收类仪器设备的信号频率和功率测量速度和测量精度。本发明是把校准信号与输入信号同步输入同一接收通道中，并在处理中将校准信号滤除，进行测量时由于同时获得了信号功率和频率，测量值中获得校准信号的功率与频率之偏差，就是通道对输入信号引入的功率和频率偏差，因而能够对输入信号进行实时的功率和频率精确测量。

下面结合说明书附图对本发明的一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置和方法进行详细说明。

如图1所示，本发明快速高精度测量信号频率功率参数的装置包括：变频单元：通过混频实现射频信号到中频信号的变换，是把信号频率从射频变换到固定中频；可变带宽滤波单元：对变频后的中频信号进行滤波处理，提供多个中频带宽的选择，以便于为不同的分辨率带宽提供多个中频分析带宽，其最大中频带宽小于中频调理通道单元的中频带宽；校准信号产生单元：产生预定频率的正弦波校准信号；中频调理通道单元：实现中频信号的滤波、放大等，用于滤除中频带宽以外的信号，并对中频带宽内的信号实现幅度的放大调理，其中频带宽固定，但大于可变带宽滤波单元的最大中频分析带宽；加法器：将校准信号产生单元产生的校准信号和变频单元转换完的中频信号合并到一起，输入到中频调理通道；数字化转换单元：把调理后的模拟中频信号转换为数字信号输出到后端进行FFT转换；FFT转换和校准单元：把数字信号通过FFT转换为频谱，实现频谱分析，并根据频谱中实际测得的校准信号的频率和功率对整个频谱结果进行频率和幅度的校正。

本发明快速高精度测量信号频率功率参数的装置的工作过程如下：

输入的射频信号经过变频单元，转换为较低频率的固定中频信号后，与校准信号产生单元产生的校准信号输入加法器相加，合并为一路信号，再进入中频信号调理通道，经过选频放大、滤波处理后，输入数字化转换单元转为数字信号，再由FFT转换和校准单元把数字信号转换为频谱序列，序列中包括了校准信号和输入信号的幅度和功率。变频后的中频信号通过可变滤波单元后，已经没有与校准信号同频的信号。校准信号的频率选择在中频调理通道3dB带宽的内边缘，可变带宽滤波单元的3dB带宽之外，这样不影响变频后的中频信号的数字化转换和FFT转换，又能进入数字化转换带宽范围内，具备一定的功率大小，并能经过FFT转换，不会产生频谱的交叠。FFT转换后的频谱间隔为Fs/N，其中Fs为采样率，N为FFT的点数，这样频谱测量的频率精度即为Fs/N，FFT转换后对3dB带宽边缘外的信号进行峰值处理，测得校准信号的频率为f2的话，计算与校准信号f1的频率偏差，并计算测得的校准信号的功率与校准信号f1的功率偏差，然后把这两个差值加到FFT转换后的所有频谱上，输出频谱即为频率和功率精度更高的测量结果。

中频采样等时钟的偏差，以及中频处理的幅度和频率偏差都可以消除，从而大大提高测量精度。校准信号的频率经过中频调理通道单元后频率本身不会产生偏差，只是由于FFT的分辨率导致测量的频谱结果产生偏差，因此可以通过这种与测量同步的实时的修正提高频率测量精度，同样每根频谱功率差也由于通道的温度等不稳定性、FFT的运算分辨率、以及数字化转换的有限精度，导致功率测量偏差，通过这种同步的实时校准，大大提高了测量精度。

为了更详细地说明本发明的技术方案，下面给出一具体实例：

在某型号的信号分析仪中，选定变频后的中频信号的中心频率为375.5MHz，可变带宽滤波单元的中心频率也为375.5MHz，3dB带宽为40MHz，带外抑制为80dBc，中频调理通道单元中抗混叠滤波器的带宽为45MHz，校准信号的频率可以选择在353MH和355.5MHz之间，选择校准信号频率f1＝354MHz，功率为p1＝-10dBm，经过数字化转换单元后，输出数据速率为50MHz，再经过FFT转换和校准单元运算后，FFT运算总点数选择2048点，在边缘355MHz附近，FFT第133根谱线处，读得频率为f2＝352.8681640625MHz，功率p2为-14.2dBm，测得信号与与校准信号的频率偏差为f2-f1＝352.8681640625-353＝-0.1318359375MHz，功率偏差为p2-p1＝-14.2-(10)＝-4.2dB，由于中频通道调理滤波器对校准信号衰减了3dB，需要再加上3dB，因此p2-p1+3＝-1.2dB，FFT运算后的所有功率谱的频率偏差为-0.1318359375MHz，功率偏差为-1.2dB，所有的谱线结果频率都要加频率偏差，谱线功率结果加功率偏差然后输出，就是校准后的频谱输出。考虑到中频滤波器的带宽边缘，因此FFT运算后的结果只取中间的大部分。校准信号处于混叠带宽之外，不影响带内的测量结果。这样每次测量都会对输入信号和校准信号同时测量转换，校准信号的结果对每次测量的频谱都要去修正，不需要测量与校准过程分开的单独的校准流程，这样既提高了测量速度，也提高了测量精度。

本发明还提出了一种快速高精度测量信号频率功率参数的方法，其工作原理已在上述本发明装置的描述中阐明，这里不再赘述。

本发明快速高精度测量信号频率功率参数的装置和方法，能够实现信号频率和功率的快速测量，既保证了仪器的测量精度，又提高了仪器的测量速度。

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 (6)

1.一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置，其特征在于，包括：变频单元、可变带宽滤波单元、校准信号产生单元、中频调理通道单元、加法器、数字化转换单元、FFT转换和校准单元；

输入的射频信号经过变频单元转换为较低频率的固定中频信号，固定中频信号经过可变带宽滤波单元滤波后与校准信号产生单元产生的校准信号输入加法器相加合，并为一路信号，再进入中频调理通道单元，经过选频放大、滤波处理后，输入数字化转换单元转为数字信号，再由FFT转换和校准单元把数字信号转换为频谱序列，序列中包括了校准信号和输入信号的幅度和功率。

2.如权利要求1所述的一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置，其特征在于，所述校准信号的频率选择在中频调理通道3dB带宽的内边缘，可变带宽滤波单元的3dB带宽之外。

3.如权利要求1所述的一种快速高精度测量信号频率功率参数的装置，其特征在于，FFT转换后的频谱间隔为Fs/N，其中Fs为采样率，N为FFT的点数，这样频谱测量的频率精度为Fs/N，FFT转换后对3dB带宽边缘外的信号进行峰值处理，测得校准信号的频率为f2的话，计算与校准信号f1的频率偏差，并计算测得的校准信号的功率与校准信号f1的功率偏差，然后把这两个差值加到FFT转换后的所有频谱上，输出频谱。

4.一种快速高精度测量信号频率功率参数的方法，其特征在于，包括：变频单元、可变带宽滤波单元、校准信号产生单元、中频调理通道单元、加法器、数字化转换单元、FFT转换和校准单元；

输入的射频信号经过变频单元转换为较低频率的固定中频信号，固定中频信号经过可变带宽滤波单元滤波后与校准信号产生单元产生的校准信号输入加法器相加合，并为一路信号，再进入中频调理通道单元，经过选频放大、滤波处理后，输入数字化转换单元转为数字信号，再由FFT转换和校准单元把数字信号转换为频谱序列，序列中包括了校准信号和输入信号的幅度和功率。

5.如权利要求4所述的一种快速高精度测量信号频率功率参数的方法，其特征在于，所述校准信号的频率选择在中频调理通道3dB带宽的内边缘，可变带宽滤波单元的3dB带宽之外。

6.如权利要求4所述的一种快速高精度测量信号频率功率参数的方法，其特征在于，FFT转换后的频谱间隔为Fs/N，其中Fs为采样率，N为FFT的点数，这样频谱测量的频率精度为Fs/N，FFT转换后对3dB带宽边缘外的信号进行峰值处理，测得校准信号的频率为f2的话，计算与校准信号f1的频率偏差，并计算测得的校准信号的功率与校准信号f1的功率偏差，然后把这两个差值加到FFT转换后的所有频谱上，输出频谱。