CN108303587A - 改善底噪的频谱分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改善底噪的频谱分析仪，所述频谱分析仪包含前端电路和中频单元；所述前端电路包含控制开关、衰减通道、放大通道和直通通道；所述衰减通道、所述放大通道和所述直通通道并联，所述控制开关用于将频谱分析仪的射频信号通过所述衰减通道进行衰减处理后输出，或通过所述放大通道进行放大处理后输出，或通过所述直通通道传输；所述中频单元用于将所述前端电路输出的射频信号转化为数字信号后显示输出。以此，有利于改善频谱仪的显示平均噪声电平性能，且对频率响应平坦度的有一定的优化功能。

Description

改善底噪的频谱分析仪

技术领域

本发明涉及高精密仪器领域，尤指一种改善低噪的频谱分析仪。

背景技术

现有技术中的频谱分析仪主要将射频信号经过对幅度的控制(放大或衰减)，能够使第一级混频器更好工作，然后经过变频将很宽的频段通过混频变成一个单一的频率信号送给数字中频模块进行信号分析及处理。请参考图1所示，在现有的频谱分析仪中，频谱分析仪采用三级混频的方案实现；射频信号输入至ATT，目的将大功率信号衰减到混频器能够接受的范围内后传输到下一级电路；射频信号达到S1时选择是否通过直通通道还是放大通道，放大通道是为了将很小的信号放大，使得该信号高于系统底噪，以便数字中频模块能够处理，射频信号通过S2后进入下一级电路；射频信号到达S3时选择射频信号对应的滤波器，滤波器是根据扫频频率将信号分成多个频段(通道)分别处理，滤波器将有用的信号保留，滤除一些不需要的干扰信号(输入相关杂散)，信号通过S4后进入下一级电路；射频信号达到混频器1后，射频信号正式进入了频率转变电路，混频器1将射频信号转变成第一中频信号，此信号为一个点频信号而不是一段频率信号，信号通过混频器1后进入1中滤波器，该滤波器的作用是滤除输入信号中的镜像频率和第一本振信号，射频信号通过1中频滤波器后进入下一级电路；射频信号到达1中频放大器后，放大器的目的是补偿前面电路对射频信号幅度的衰减，射频信号通过1中频放大器后进入下一级混频电路，后面的混频电路的作用和这一级混频电路作用相同，这里不再描述它们的作用。射频信号通过三级混频电路的处理最后进入数字中频电路，数字中频将模拟信号转变为数字信号，并将此数字信号通过数据的方式传送给驻机软件，驻机软件将此数字信息显示在显示屏上，也就是射频信号显示在显示屏上。根据级联系统的噪声系数理论可知，系统的总噪声系数主要取决于系统第一级放大器前的噪声系数，越靠系统后级的网络对系统的噪声系数影响越小；为此，当信号足够小时，上述方案中的ATT对测量小信号是多余的，由于ATT仍然处于射频主通道内，ATT本身的噪声系数就会影响整个系统的噪声系数。当随着频率的提高，ATT本身的噪声系数会不断地变大，对频谱仪平均噪声显示电平影响也越来越大。

发明内容

本发明目的在于提供一种稳定且准确的频谱分析仪，能够有效避免ATT对小信号的测量。

为达上述目的，本发明具体提供一种改善底噪的频谱分析仪，所述频谱分析仪包含前端电路和中频单元；所述前端电路包含控制开关、衰减通道、放大通道和直通通道；所述衰减通道、所述放大通道和所述直通通道并联，所述控制开关用于将频谱分析仪的射频信号通过所述衰减通道进行衰减处理后输出，或通过所述放大通道进行放大处理后输出，或通过所述直通通道传输；所述中频单元用于将所述前端电路输出的射频信号转化为数字信号后显示输出。

在上述改善底噪的频谱分析仪中，优选的，所述中频单元包含滤波器，所述滤波器与所述前端电路相连，用于滤除从所述前端电路接收到的处理后的射频信号中的干扰信号，并将滤除所述干扰信号后的射频信号输出。

在上述改善底噪的频谱分析仪中，优选的，所述中频单元包含本振器，所述本振器与所述滤波器相连，用于对滤除所述干扰信号后的射频信号转变中频信号，并将所述中频信号输出。

在上述改善底噪的频谱分析仪中，优选的，所述本振器包含混频单元。

在上述改善底噪的频谱分析仪中，优选的，所述混频单元包含混频器、中频滤波器、中频放大器和本振；所述本振和所述混频器相连，用于将输入所述混频器中的射频信号转化为中频信号；所述中频滤波器与所述混频器相连，用于滤除所述混频器输出的中频信号中的镜像频率和本振信号；所述中频放大器与所述中频滤波器相连，用于补偿放大滤除镜像频率和本振信号的中频信号。

在上述改善底噪的频谱分析仪中，优选的，所述中频单元包含数字中频，所述数字中频和所述本振器相连，用于将所述中频信号转变为数字信号后显示输出。

在上述改善底噪的频谱分析仪中，优选的，所述衰减通道为ATT。

在上述改善底噪的频谱分析仪中，优选的，所述控制开关为单刀四掷开关，用于控制输入的射频信号通过衰减通道或放大通道或直通通道或截断。

本发明的有益技术效果在于：通过本发明所提供的改善底噪的频谱分析仪，可在小信号测量时偏置于主通道，而在测量大信号时有设置于主通道，这样既可以避免ATT对小信号的测量，又可以在大信号测量时应用ATT；有利于改善频谱仪的显示平均噪声电平性能，且对频率响应平坦度的有一定的优化功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为现有技术中频谱分析仪的结构示意图；

图2为现有技术中衰减通道对底噪影响的曲线示意图；

图3为本发明所提供的改善底噪的频谱分析仪的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

频谱分析仪是一种用来对信号进行频谱分析的接收机，可以测量未知信号的频率、幅值、谐波幅度、失真等相关参数，可以对各种调制信号进行解调，分析调制信号失真度，通常具有很宽的频率和幅值测量范围。主要应用于基站维护、电子产品研发、生产等领域。频谱分析仪又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等；频谱分析仪的主要技术指标有频率范围、频率分辨率、测量幅度范围、扫频速度、灵敏度、输入相关杂散、剩余响应、相位噪声、底噪等，底噪决定了频谱分析仪可测量的最小信号幅度。如背景技术中所述，根据级联系统的噪声系数理论可知，系统的总噪声系数主要取决于系统第一级放大器前的噪声系数，越靠系统后级的网络对系统的噪声系数影响越小。系统处于直通通道时，计算此方案第一级放大器(1中频放大器)前的噪声系数NF：

NF＝NFATT+NFS1+NFS2+NFS3+NF滤波器+NFS4+NF混频器1+NF1中频滤波器；

从上面的公式可以看出：NF是由所有第一级放大器(1中频放大器)前的器件贡献，而测量小信号时，频谱分析仪设置ATT的衰减量为0，此时ATT对测量小信号是多余的，由于ATT仍然处于射频主通道内，ATT本身的噪声系数就会影响整个系统的噪声系数。当随着频率的提高，ATT本身的噪声系数会不断地变大，对频谱仪平均噪声显示电平影响也越来越大。ATT的噪声系数在ATT的频率工作范围内有一定的曲线分布，具体如图2所示，该曲线同样影响频谱分析仪的频响曲线，对小信号的校准带来多余的影响。

为克服该技术问题，本发明具体提供一种改善底噪的频谱分析仪，请参考图3所示，所述频谱分析仪包含前端电路和中频单元；所述前端电路包含控制开关、衰减通道、放大通道和直通通道；所述衰减通道、所述放大通道和所述直通通道并联，所述控制开关用于将频谱分析仪的射频信号通过所述衰减通道进行衰减处理后输出，或通过所述放大通道进行放大处理后输出，或通过所述直通通道传输；所述中频单元用于将所述前端电路输出的射频信号转化为数字信号后显示输出。以此，在小信号测量时不用ATT，但基于ATT影响到了系统的噪声系数和频率响应，所以在小信号测量时偏置于主通道，而在测量大信号时有设置于主通道，这样既可以避免ATT对小信号的测量，又可以在大信号测量时应用ATT。其中，上述衰减通道为ATT。所述控制开关为单刀四掷开关，用于控制输入的射频信号通过衰减通道或放大通道或直通通道或截断。

在上述实施例中，所述中频单元包含滤波器、本振器和数字中频，所述滤波器与所述前端电路相连，用于滤除从所述前端电路接收到的处理后的射频信号中的干扰信号，并将滤除所述干扰信号后的射频信号输出。所述本振器与所述滤波器相连，用于对滤除所述干扰信号后的射频信号转变中频信号，并将所述中频信号输出；其中所述本振器包含混频单元，而每一混频单元又包含混频器、中频滤波器、中频放大器和本振；所述本振和所述混频器相连，用于将输入所述混频器中的射频信号转化为中频信号；所述中频滤波器与所述混频器相连，用于滤除所述混频器输出的中频信号中的镜像频率和本振信号；所述中频放大器与所述中频滤波器相连，用于补偿放大滤除镜像频率和本振信号的中频信号；所述数字中频和所述本振器相连，用于将所述中频信号转变为数字信号后显示输出。

为更清楚的说明本发明所提供的改善底噪的频谱分析仪，以下结合图3对该结构做详细说明；在图3中将S1和S2之间的控制开关由单刀双掷开关换成单刀四掷开关，让衰减通道ATT从S1前方挪到S1和S2中间，以此S1和S2可采用选择不同的通道测量处理不同幅度的射频信号，从而避免ATT一直处于主通道的问题；在测量小信号时S1和S2置于直通通道或者放大通道，ATT被S1和S2偏置到主通道之外，其后射频信号到达S3时选择射频信号对应的滤波器，滤波器是根据扫频频率将信号分成多个频段(通道)分别处理，滤波器将有用的信号保留，滤除一些不需要的干扰信号(输入相关杂散)，信号通过S4后进入下一级电路；射频信号达到混频器1后，射频信号正式进入了频率转变电路，为便于说明，以下以本振器包含三级混频单元为例，做详细说明，本领域相关技术人员当可知，混频单元的数量可根据实际情况选择设置，本发明在此并不对该混频单元数量做限制；混频器1将射频信号转变成第一中频信号，此信号为一个点频信号而不是一段频率信号，信号通过混频器1后进入1中滤波器，该滤波器的作用是滤除输入信号中的镜像频率和第一本振信号，射频信号通过1中频滤波器后进入下一级电路；射频信号到达1中频放大器后，放大器的目的是补偿前面电路对射频信号幅度的衰减，射频信号通过1中频放大器后进入下一级混频电路，后面的混频电路的作用和这一级混频电路作用相同，这里不再描述它们的作用；射频信号通过三级混频电路的处理最后进入数字中频电路，数字中频将模拟信号转变为数字信号，并将此数字信号通过数据的方式传送给驻机软件，驻机软件将此数字信息显示在显示屏上，也就是射频信号显示在显示屏上。

因此ATT本身性能将不可能再影响主通道的噪声和频响；当系统处于直通通道时，计算此方案第一级放大器(1中频放大器)前的噪声系数NF：

NF＝NFS1+NFS2+NFS3+NF滤波器+NFS4+NF混频器1+NF1中频滤波器；

从上式中可以看到NF中已经不包含ATT的噪声系数，因此本发明能够有效优化频谱分析仪的显示平均噪声电平。

通过本发明所提供的改善底噪的频谱分析仪，可在小信号测量时偏置于主通道，而在测量大信号时有设置于主通道，这样既可以避免ATT对小信号的测量，又可以在大信号测量时应用ATT；有利于改善频谱仪的显示平均噪声电平性能，且对频率响应平坦度的有一定的优化功能。

以上所述的具体实施例，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例而已，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 (8)

1.一种改善底噪的频谱分析仪，其特征在于，所述频谱分析仪包含前端电路和中频单元；

所述前端电路包含控制开关、衰减通道、放大通道和直通通道；

所述衰减通道、所述放大通道和所述直通通道并联，所述控制开关用于将频谱分析仪的射频信号通过所述衰减通道进行衰减处理后输出，或通过所述放大通道进行放大处理后输出，或通过所述直通通道传输；

所述中频单元用于将所述前端电路输出的射频信号转化为数字信号后显示输出。

2.根据权利要求1所述的改善底噪的频谱分析仪，其特征在于，所述中频单元包含滤波器，所述滤波器与所述前端电路相连，用于滤除从所述前端电路接收到的处理后的射频信号中的干扰信号，并将滤除所述干扰信号后的射频信号输出。

3.根据权利要求2所述的改善底噪的频谱分析仪，其特征在于，所述中频单元包含本振器，所述本振器与所述滤波器相连，用于对滤除所述干扰信号后的射频信号转变中频信号，并将所述中频信号输出。

4.根据权利要求3所述的改善底噪的频谱分析仪，其特征在于，所述本振器包含混频单元。

5.根据权利要求4所述的改善底噪的频谱分析仪，其特征在于，所述混频单元包含混频器、中频滤波器、中频放大器和本振；

所述本振和所述混频器相连，用于将输入所述混频器中的射频信号转化为中频信号；

所述中频滤波器与所述混频器相连，用于滤除所述混频器输出的中频信号中的镜像频率和本振信号；

所述中频放大器与所述中频滤波器相连，用于补偿放大滤除镜像频率和本振信号的中频信号。

6.根据权利要求3所述的改善底噪的频谱分析仪，其特征在于，所述中频单元包含数字中频，所述数字中频和所述本振器相连，用于将所述中频信号转变为数字信号后显示输出。

7.根据权利要求1所述的改善底噪的频谱分析仪，其特征在于，所述衰减通道为ATT。

8.根据权利要求1所述的改善底噪的频谱分析仪，其特征在于，所述控制开关为单刀四掷开关，用于控制输入的射频信号通过衰减通道或放大通道或直通通道或截断。