CN109743069A - 一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置及方法。其中，下变频装置包括滤波单元、前置放大单元、预选单元、混频单元、二变频单元以及输出单元。本发明对信号进行滤波处理，消除镜频及带外抑制，然后进行前置放大选择，可以选择普通模式或低噪声模式，接着对输入信号分多路进行预选，预选后的信号又分高、低波段两路进行混频处理，得到两个频率不同的第一中频，分别对这两个第一中频滤波放大后进行二变频，得到频率相同的第二中频，这两路二中频合路后进入中频调理模块进行处理。本发明降低了硬件成本，提高了设计的集成度，有效的降低超外差信号接收分析仪器的成本。

Description

一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置及方法。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，信号分析仪已经成为电子工程师不可或缺的测试工具，并已经越来越广泛地应用于广播、电视、雷达、民航等通信电子设计和设备维护方面，成为国内外大型仪器厂商重点研究的对象。得益于微波集成电路技术和计算机辅助设计技术的快速发展，信号分析仪开始向小型化、模块化方向迅速发展。特别近年来，由于无线通信产品的迅速普及，使得射频频段信号分析仪的需求量不断增加，针对外场测试、生产线测试需求，小型化、低成本的射频信号分析仪受到用户的喜爱。超外差信号接收分析仪器需对输入信号进行下变频以方便后端信号采集处理模块对信号进行处理。目前，信号接收分析仪器采用的下变频方案是将输入信号以4GHz为界进行分段处理，输入信号首先经过衰减器进行衰减，然后经过开关双工器进行分段，4GHz以下信号进入零波段变频组件进行滤波、下变频处理，4GHz以上信号经过YIG滤波器、低噪声放大器、本振混频模块等微波件进行滤波、放大、下变频处理。两路下变频信号合路后，进入中频调理模块进行滤波、放大等处理。然而，对于8GHz以下输入信号，现有的下变频方案有很大的缺点，主要表现在：1)需以4GHz为界进行两路变频，硬件结构复杂，占用空间大，不利于集成化设计。2)4GHz-8GHz输入信号需通过开关双工器、YIG滤波器、低噪声放大器、本振混频模块、微波驱动板等微波模块及电路板进行下变频处理，硬件成本高，资源利用率低。如果能够大幅提高零波段变频组件工作频率范围，使测试信号频率在其之内时，则可大大地降低下变频方案的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，以降低硬件成本，提高设计的集成度，从而有效的降低超外差信号接收分析仪器的成本。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，包括由前向后依次设置的滤波单元、前置放大单元、预选单元、混频单元、二变频单元以及输出单元；

滤波单元包括第一低通滤波器，输入信号经由第一低通滤波器的输入端输入；

前置放大单元包括第一单刀双掷开关、两条第一选择通路以及第二单刀双掷开关；

第一低通滤波器的输出端与第一单刀双掷开关相连；

第一单刀双掷开关、两条第一选择通路以及第二单刀双掷开关由前向后依次相连；

一条第一选择通路为直通通路，另一条第一选择通路上设有第一低噪声放大器；

预选单元包括第一单刀N掷开关、六条第二选择通路以及第二单刀N掷开关；其中N≥6；

第二单刀双掷开关与第一单刀N掷开关相连；

六条第二选择通路的前端分别与第一单刀N掷开关相连；

一条第二选择通路设有第二低通滤波器；其余第二选择通路分别设有第一带通滤波器；

设置第一带通滤波器的五条第二选择通路的后端分别与第二单刀N掷开关相连；

混频单元包括衰减器、第一混频器、第二混频器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第一本振以及第三单刀双掷开关；其中：

第二低通滤波器依次与衰减器、第一混频器、第二带通滤波器相连；

第二单刀N掷开关依次与第二混频器、第三带通滤波器相连；

第一本振与第三单刀双掷开关相连；

第三单刀双掷开关还分别与第一混频器的本振输入端和第二混频器的本振输入端相连；

二变频单元包括第四单刀双掷开关、两条第三选择通路、第五单刀双掷开关、第三混频器、第六单刀双掷开关、两条第四选择通路、第七单刀双掷开关、第四混频器、第二本振、第八单刀双掷开关以及二分频器；其中：

第二带通滤波器、第四单刀双掷开关、两条第三选择通路、第五单刀双掷开关依次相连；

其中一条第三选择通路为直通通路，另一条第三选择通路上设有第四带通滤波器；

第五单刀双掷开关与第三混频器的一个输入端相连；

第三带通滤波器、第六单刀双掷开关、两条第四选择通路、第七单刀双掷开关依次相连；

其中一条第四选择通路为直通通路，另一条第四选择通路上设有第五带通滤波器；

第七单刀双掷开关与第四混频器的一个输入端相连；

第二本振与第八单刀双掷开关相连；

第八单刀双掷开关的一个选择端子连接至第三混频器的本振输入端上；

第八单刀双掷开关的另一个选择端子依次与二分频器、第四混频器的本振输入端相连；

输出单元包括第九单刀双掷开关、第六带通滤波器以及第二低噪声放大器；

第三混频器和第四混频器的输出端分别与第九单刀双掷开关；

第九单刀双掷开关、第六带通滤波器以及第二低噪声放大器由前向后依次连接；

中频输出信号经由第二低噪声放大器的输出端输出。

优选地，第一低通滤波器采用8GHz低通滤波器。

优选地，第一单刀N掷开关、第二单刀N掷开关均采用单刀八掷开关。

优选地，各第一带通滤波器的通带范围根据镜频及本振辐射信号频率进行划分。

优选地，衰减器采用电子步进衰减器。

优选地，第一本振由YIG振荡器提供，第二本振由固定点源提供。

此外，本发明的另一个目的在于提出一种基于上述下变频装置的用于超外差信号接收分析仪器的下变频方法，其采用如下技术方案：

一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频方法，包括如下步骤：

输入信号首先经第一低通滤波器进行滤波处理，滤波处理后的信号经由前置放大单元的其中一条第一选择通路通过；紧接着，通过预选单元对信号进行分段预选；

信号经过预选滤波后分为两路，第二低通滤波器为一路，对低波段信号进行滤波，记为通路一，各第一带通滤波器合为一路，对高波段信号进行滤波，记为通路二；

其中，通路一和通路二是以4GHz为界进行的划分；

通路一的信号首先经衰减器进行信号幅度调理，然后到达第一混频器与第一本振进行混频得到低波段第一中频信号，低波段第一中频信号经过第二带通滤波器进行滤波处理；

滤波后的低波段第一中频信号经一条第三选择通路，进行宽带及窄带处理模式间的选择，再进入第三混频器，与第二本振进行混频得到低波段第二中频信号；

通路二的信号经预选后直接进入第二混频器与第一本振进行混频得到高波段第一中频信号，高波段第一中频信号经过第三带通滤波器进行滤波处理；

滤波后的高波段第一中频信号经一条第四选择通路，进行宽带及窄带处理模式间的选择，再进入第四混频器，与第二本振经过二分频的信号进行混频得到高波段第二中频信号；

高、低波段第二中频信号合为一路，经第六带通滤波器及第二低噪声放大器后输出。

本发明具有如下优点：

本发明将原来由多个微波模块(开关双工器、YIG滤波器、低噪声放大器、本振混频模块、微波驱动板等微波模块)及电路板实现的衰减、放大、预选、下变频等功能集成到一块印制板上实现，降低了硬件成本，提高了设计的集成度，从而有效的降低了信号接收分析仪器的成本，并为信号接收分析仪器小型化设计奠定了技术基础。本发明工作频率范围高达8GHz，对于8GHz以下信号，本发明可独立完成下变频处理，不需要额外的微波件。

附图说明

图1为本发明实施例中用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置的结构示意图。

其中，1-第一低通滤波器，2-第一单刀双掷开关，3-第二单刀双掷开关，4-第一低噪声放大器，5-第一单刀N掷开关，6-第二单刀N掷开关，7-第二低通滤波器，8-第一带通滤波器，9-衰减器，10-第一混频器，11-第二混频器，12-第二带通滤波器，13-第三带通滤波器，14-第一本振，15-第三单刀双掷开关，16-第四单刀双掷开关，17-第五单刀双掷开关，18-第三混频器，19-第六单刀双掷开关，20-第七单刀双掷开关，21-第四混频器，22-第二本振，23-第八单刀双掷开关，24-二分频器，25-第四带通滤波器，26-第五带通滤波器，27-第九单刀双掷开关，28-第六带通滤波器，29-第二低噪声放大器。

具体实施方式

本发明的基本思想为：首先对信号进行滤波处理，消除镜频及带外抑制；

然后进行前置放大选择，可以选择普通模式或低噪声模式；

接着对输入信号分多路进行预选；

预选后的信号又分高、低波段两路进行混频处理，得到两个频率不同的第一中频；

分别对这两个第一中频滤波放大后进行二变频，得到频率相同的第二中频；

这两路二中频合路后进入中频调理模块进行处理。

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，包括由前向后依次设置的滤波单元、前置放大单元、预选单元、混频单元、二变频单元以及输出单元。

滤波单元包括第一低通滤波器1，优选地，第一低通滤波器1采用8GHz低通滤波器。

输入信号经由第一低通滤波器1的输入端输入。

前置放大单元包括第一单刀双掷开关2、两条第一选择通路以及第二单刀双掷开关3。

第一低通滤波器1的输出端与第一单刀双掷开关2相连；

第一单刀双掷开关2、两条第一选择通路以及第二单刀双掷开关3由前向后依次相连。

具体的，第一低通滤波器1连接到第一单刀双掷开关2的公共端子上。

两条第一选择通路的前端分别连接到第一单刀双掷开关2的一个选择端子上。

两条第一选择通路的后端分别连接到第二单刀双掷开关3的一个选择端子上。

在其中一条第一选择通路上设有第一低噪声放大器4。

由于两条第一选择通路中，其中一条为直通通路，另一条选择通路提供前置放大功能，因此可满足信号接收分析仪器在常规模式和低噪声模式这两种模式下进行工作。

预选单元包括第一单刀N掷开关5、六条第二选择通路以及第二单刀N掷开关6。

其中，N≥6，例如N＝8，即：

第一单刀N掷开关5、第二单刀N掷开关6均采用单刀八掷开关。

当然，N的取值范围仅仅为示例性的，当第二选择通路的个数变化时，N也可变化。

第二单刀双掷开关3(公共端子)与第一单刀N掷开关5(公共端子)相连。

六条第二选择通路的前端分别与第一单刀N掷开关5(部分或全部选择端子)相连。

在一条第二选择通路上设有第二低通滤波器7。

在其余各条(五条)第二选择通路上分别设有第一带通滤波器8。

各第一带通滤波器8的通带范围可以根据镜频、中频抑制及本振辐射信号频率进行划分。

设置第一带通滤波器8的五条第二选择通路的后端分别与第二单刀N掷开关6相连。

混频单元包括衰减器9、第一混频器10、第二混频器11、第二带通滤波器12、第三带通滤波器13、第一本振14以及第三单刀双掷开关15。其中：

本实施例中的衰减器9选用电子步进衰减器，便于对信号进行幅度调理。

第二低通滤波器7的输出端与衰减器9的输入端相连。衰减器9的输出端与第一混频器10的一个输入端相连，第一混频器10的输出端与第二带通滤波器12相连。

第二单刀N掷开关6(公共端子)依次与第二混频器11、第三带通滤波器13相连。

第一本振14与第三单刀双掷开关15(公共端子)相连；第三单刀双掷开关15(选择端子)还分别与第一混频器10的本振输入端和第二混频器11的本振输入端相连。

优选地，本实施例中的第一本振14由YIG振荡器提供。

二变频单元包括第四单刀双掷开关16、两条第三选择通路、第五单刀双掷开关17、第三混频器18、第六单刀双掷开关19、两条第四选择通路、第七单刀双掷开关20、第四混频器21、第二本振22、第八单刀双掷开关23以及二分频器24。

第二带通滤波器12的输出端与第四单刀双掷开关16(公共端子)相连。

第四单刀双掷开关16(选择端子)还与两条第三选择通路的前端分别相连。此外，两条第三选择通路的后端分别与第五单刀双掷开关17(选择端子)相连。

其中一条第三选择通路为直通通路，另一条第三选择通路上设有第四带通滤波器25。

通过两条第三选择通路，可以实现宽带处理模式及窄带处理模式间的切换选择。

第五单刀双掷开关17(公共端子)与第三混频器18的一个输入端相连。

第三带通滤波器13的输出端与第六单刀双掷开关19(公共端子)相连。

第六单刀双掷开关19(选择端子)还与两条第四选择通路的前端相连，此外，两条第四选择通路的后端还分别与第七单刀双掷开关20(选择端子)相连。

其中一条第四选择通路为直通通路，另一条第四选择通路上设有第五带通滤波器26。

通过两条第四选择通路，可以实现宽带处理模式及窄带处理模式间的切换选择。

第七单刀双掷开关20(公共端子)与第四混频器21的一个输入端相连。

第二本振22与第八单刀双掷开关23(公共端子)相连。

第八单刀双掷开关23的一个选择端子连接至第三混频器18的本振输入端上。

第八单刀双掷开关23的另一个选择端子依次与二分频器24、第四混频器21的本振输入端相连。本实施例中的第二本振22是由固定点源提供的。

输出单元包括第九单刀双掷开关27、第六带通滤波器28以及第二低噪声放大器29。

第三混频器18和第四混频器21的输出端分别与第九单刀双掷开关27(选择端子)相连。

第九单刀双掷开关27(公共端子)、第六带通滤波器28以及第二低噪声放大器29由前向后依次连接；中频输出信号经由第二低噪声放大器29的输出端输出。

此外，本发明还提出了一种基于上述下变频装置的下变频方法，包括如下步骤：

输入信号首先经第一低通滤波器1进行滤波处理。

滤波处理后的信号经由前置放大单元的其中一条第一选择通路通过。

由于两条第一选择通路中，一路为直通，另一路提供前置放大功能，因此，可满足信号接收分析仪器在常规模式和低噪声模式这两种模式下进行工作。

接着，通过预选单元对信号进行分段预选，以抑制镜频信号、中频信号及本振辐射信号。

预选单元由一组低通滤波器及五组带通滤波器组成。

其中，预选单元中的带通滤波器通带范围根据镜频及本振辐射信号频率进行划分。

信号经过预选滤波后分为两路，第二低通滤波器7为一路，对低波段信号进行滤波，记为通路一，各第一带通滤波器8合为一路，对高波段信号进行滤波，记为通路二。

其中，通路一和通路二是以4GHz为界进行的划分。

通路一的信号首先经衰减器9进行信号幅度调理，然后到达第一混频器10，与第一本振14进行混频，得到低波段第一中频信号。低波段第一中频信号经过第二带通滤波器12进行滤波处理，以滤除输入信号、本振信号及其谐波产生的交调信号。

滤波后的低波段第一中频信号经一条第三选择通路，进行宽带及窄带处理模式间的选择，再进入第三混频器18，与第二本振22进行混频得到低波段第二中频信号。

通路二的信号经预选后直接进入第二混频器11与第一本振14进行混频。

经过混频得到的高波段第一中频信号，经过第三带通滤波器13进行滤波处理，以滤除输入信号、本振信号及其谐波产生的交调信号。

滤波后的高波段第一中频信号经一条第四选择通路，进行宽带及窄带处理模式间的选择，再进入第四混频器21，与第二本振22经过二分频的信号进行混频得到高波段第二中频信号。

高、低波段第二中频信号经过第九单刀双掷开关27合为一路，然后依次经过第六带通滤波器28及第二低噪声放大器29后输出，输出信号进入中频调理模块进行处理。

通过合理选定高、低波段第一中频信号及第二中频信号频率，从设计上避免了由谐波混频带来的假响应，同时中频信号的合理选择也保证了频率覆盖8GHz下变频方案的实现。

综上，本发明实施例，至少解决了以下几个方面的问题：

一是微带线宽带滤波器设计技术，以实现对输入信号近端镜频及远端多重响应的抑制；二是射频电路中的匹配设计技术，保证信号经过微带线、元器件、过孔后的完整性；三是零频抑制设计技术，保证信号分析仪动态范围及对低频信号的测试能力；四是8GHz混频设计技术，通过合理的频段划分，完成对8GHz信号的变频处理。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (7)

1.一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，其特征在于，包括由前向后依次设置的滤波单元、前置放大单元、预选单元、混频单元、二变频单元以及输出单元；

滤波单元包括第一低通滤波器，输入信号经由第一低通滤波器的输入端输入；

前置放大单元包括第一单刀双掷开关、两条第一选择通路以及第二单刀双掷开关；

第一低通滤波器的输出端与第一单刀双掷开关相连；

第一单刀双掷开关、两条第一选择通路以及第二单刀双掷开关由前向后依次相连；

一条第一选择通路为直通通路，另一条第一选择通路上设有第一低噪声放大器；

预选单元包括第一单刀N掷开关、六条第二选择通路以及第二单刀N掷开关；其中N≥6；

第二单刀双掷开关与第一单刀N掷开关相连；

六条第二选择通路的前端分别与第一单刀N掷开关相连；

一条第二选择通路设有第二低通滤波器；其余第二选择通路分别设有第一带通滤波器；

设置第一带通滤波器的五条第二选择通路的后端分别与第二单刀N掷开关相连；

混频单元包括衰减器、第一混频器、第二混频器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第一本振以及第三单刀双掷开关；其中：

第二低通滤波器依次与衰减器、第一混频器、第二带通滤波器相连；

第二单刀N掷开关依次与第二混频器、第三带通滤波器相连；

第一本振与第三单刀双掷开关相连；

第三单刀双掷开关还分别与第一混频器的本振输入端和第二混频器的本振输入端相连；

二变频单元包括第四单刀双掷开关、两条第三选择通路、第五单刀双掷开关、第三混频器、第六单刀双掷开关、两条第四选择通路、第七单刀双掷开关、第四混频器、第二本振、第八单刀双掷开关以及二分频器；其中：

第二带通滤波器、第四单刀双掷开关、两条第三选择通路、第五单刀双掷开关依次相连；

其中一条第三选择通路为直通通路，另一条第三选择通路上设有第四带通滤波器；

第五单刀双掷开关与第三混频器的一个输入端相连；

第三带通滤波器、第六单刀双掷开关、两条第四选择通路、第七单刀双掷开关依次相连；

其中一条第四选择通路为直通通路，另一条第四选择通路上设有第五带通滤波器；

第七单刀双掷开关与第四混频器的一个输入端相连；

第二本振与第八单刀双掷开关相连；

第八单刀双掷开关的一个选择端子连接至第三混频器的本振输入端上；

第八单刀双掷开关的另一个选择端子依次与二分频器、第四混频器的本振输入端相连；

输出单元包括第九单刀双掷开关、第六带通滤波器以及第二低噪声放大器；

第三混频器和第四混频器的输出端分别与第九单刀双掷开关；

第九单刀双掷开关、第六带通滤波器以及第二低噪声放大器由前向后依次连接；

中频输出信号经由第二低噪声放大器的输出端输出。

2.根据权利要求1所述的用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，其特征在于，

所述第一低通滤波器采用8GHz低通滤波器。

3.根据权利要求1所述的用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，其特征在于，

第一单刀N掷开关、第二单刀N掷开关均采用单刀八掷开关。

4.根据权利要求1所述的用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，其特征在于，

各所述第一带通滤波器的通带范围根据镜频及本振辐射信号频率进行划分。

5.根据权利要求1所述的用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，其特征在于，

所述衰减器采用电子步进衰减器。

6.根据权利要求1所述的用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置，其特征在于，

第一本振由YIG振荡器提供，第二本振由固定点源提供。

7.一种用于超外差信号接收分析仪器的下变频方法，其特征在于，

采用如权利要求1至6任一项所述的用于超外差信号接收分析仪器的下变频装置；

所述下变频方法包括如下步骤：

输入信号首先经第一低通滤波器进行滤波处理，滤波处理后的信号经由前置放大单元的其中一条第一选择通路通过；紧接着，通过预选单元对信号进行分段预选；

信号经过预选滤波后分为两路，第二低通滤波器为一路，对低波段信号进行滤波，记为通路一，各所述第一带通滤波器合为一路，对高波段信号进行滤波，记为通路二；

其中，通路一和通路二是以4GHz为界进行的划分；

通路一的信号首先经衰减器进行信号幅度调理，然后到达第一混频器与第一本振进行混频得到低波段第一中频信号，低波段第一中频信号经过第二带通滤波器进行滤波处理；

滤波后的低波段第一中频信号经一条第三选择通路，进行宽带及窄带处理模式间的选择，再进入第三混频器，与第二本振进行混频得到低波段第二中频信号；

通路二的信号经预选后直接进入第二混频器与第一本振进行混频得到高波段第一中频信号，高波段第一中频信号经过第三带通滤波器进行滤波处理；

滤波后的高波段第一中频信号经一条第四选择通路，进行宽带及窄带处理模式间的选择，再进入第四混频器，与第二本振经过二分频的信号进行混频得到高波段第二中频信号；

高、低波段第二中频信号合为一路，经第六带通滤波器及第二低噪声放大器后输出。