CN109932564A - 一种集成跟踪源的频谱分析仪 - Google Patents

Abstract

一种集成跟踪源的频谱分析仪，在需要输出频谱分析仪信号输入端口选择接收的频率的跟踪信号时，控制第一切换开关将跟踪源本振和跟踪源混频器连接，此时由跟踪源混频器对跟踪源本振输出的振荡信号和第一中频产生模块输出的本振扫频信号进行混频，实现输出信号频率跟踪信号输入端口选择接收的频率的功能；在需要输出独立信号时控制第一切换开关将跟踪源本振和信号输出端口连接，由跟踪源本振直接输出独立频率的信号。使得跟踪源既可对频谱分析仪信号输入端口选择接收的频率进行跟踪，又可以输出独立频率的信号，扩大了频谱分析仪的应用范围。

Description

一种集成跟踪源的频谱分析仪

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，具体涉及一种集成跟踪源的频谱分析仪。

背景技术

频谱分析仪是一种可以测量电信号频谱结构的仪器，可用来对信号的频率、失真度、频谱纯度、交调失真和调制度等信号参数进行测量，是一种多用途的电子测量仪器。

近年来，随着科学技术的进步，对一体化测试测量的需求也在不断扩大，越来越多的频谱分析仪将跟踪源集成到自身系统中，以实现低成本、便携式、和一体化测量的需求。跟踪源作为集成在频谱分析仪中的一种信号源，其输出信号的频率能够跟踪频谱分析仪的扫频频率，因此可以实现滤波器、放大器等电路器件的频率响应的测量，极大了拓展了频谱仪分析仪的应用范围。

但是，目前的跟踪源只能实现对频谱分析仪信号输入端选择接收的频率的跟踪，在进行如谐波、变频损耗等非线性指标的测量时，则需要使用另外的至少一台独立信号源，这极大地限制了频谱分析仪跟踪源的应用。

发明内容

本申请提供一种集成跟踪源的频谱分析仪，以使跟踪源能够输出独立频率的信号。

一种实施例中提供一种集成跟踪源的频谱分析仪，包括：第一中频产生模块、跟踪源混频器、第一切换开关、跟踪源本振、控制模块、信号处理模块、信号输入端口和信号输出端口；

所述第一中频产生模块与信号输入端口连接，用于在控制模块的控制下产生本振扫频信号，将该本振扫频信号通过其第一输出端输出给跟踪源混频器，并根据该本振扫频信号对信号输入端口选择接收的频率进行处理，得到第一中频信号并输出给信号处理模块；

所述跟踪源本振，用于在控制模块的控制下产生与所述第一中频信号频率相同的振荡信号；

所述跟踪源混频器包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端与第一中频产生模块的第一输出端连接，其输出端与信号输出端口连接，所述跟踪源混频器用于将其第一输入端和第二输入端的信号进行混频，并将得到的混频信号通过其输出端输出；

所述控制模块与第一切换开关的控制端连接，用于在需要输出所述信号输入端口选择接收的频率的跟踪信号时，控制第一切换开关切换至第一端，以将跟踪源本振和跟踪源混频器的第二输入端连接；在需要输出独立且频率在跟踪源本振输出频率范围内的信号时，所述控制模块控制第一切换开关切换至第二端，以将跟踪源本振和信号输出端口连接；

所述信号处理模块，用于对接收到的中频信号进行处理，得到频谱数据。

依据上述实施例的集成跟踪源的频谱分析仪，由于在需要输出信号输入端口选择接收的频率的跟踪信号时，由跟踪源混频器对跟踪源本振输出的振荡信号与第一中频产生模块输出的扫频信号进行混频，实现跟踪源输出信号频率对信号输入端口选择接收的频率的跟踪；在需要输出独立信号时，由跟踪源本振直接输出该独立频率的信号；从而使得跟踪源既可对频谱分析仪信号输入端口选择接收的频率进行跟踪，又可以输出独立频率的信号，扩大了频谱分析仪的应用范围。

附图说明

图1为现有技术中集成跟踪源的频谱分析仪的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种集成跟踪源的频谱分析仪的结构示意图；

图3为本发明实施例中一种具体的集成跟踪源的频谱分析仪的结构示意图；

图4为本发明实施例中集成跟踪源的频谱分析仪产生跟踪信号或独立信号的工作流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

目前，集成跟踪源的频谱分析仪的结构可参见图1，如图1所示，频谱分析仪输入端口接收到的信号依次经过第一混频器、第二混频器和第三混频器的混频处理之后，可得到所需的中频信号，然后将该中频信号进行模数转换及后续的进一步处理便可得到最终的频谱数据。跟踪源混频器以第一本振为其本振，对跟踪源本振进行混频后便可得到频率跟随频谱分析仪输入端口选择接收的频率的跟踪信号。

具体的，在图1中，第一本振的频率是可变的，第二本振和第三本振的频率是固定的，频谱分析仪的扫频动作由第一本振实现。设第一本振的频率为f_LO1，第一中频信号的频率为f_IF1，频谱分析仪输入端口选择接收的频率为f_IN，则存在如下的关系式：

f_IN＝f_LO1-f_IF1

其中，由于第一中频f_IF1是固定的，则通过第一本振f_LO1在某一频率范围内进行扫频，便可实现对不同接收频率的选择。

使用耦合器将第一本振提取出来，作为跟踪源混频器的本振，将跟踪源本振的输出频率f_TGLO配置为与第一中频相同，即f_TGLO＝f_IF1，则跟踪源混频器输出的信号频率为：f_TG＝f_LO1-f_TGLO＝f_LO1-f_IF1＝f_IN，其中的f_TG为跟踪源混频器输出的信号频率，也即跟踪源输出的信号频率，由此可知，跟踪源输出信号的频率跟踪频谱仪输入端口选择接收的频率，实现了跟踪源的跟踪功能。

由于跟踪源输出信号的频率跟踪频谱分析仪输入端口选择接收的频率，因此可以利用集成跟踪源的频谱分析仪实现滤波器和放大器等器件频率响应的测量。但对于图1所示结构的集成跟踪源的频谱分析仪，其输出频率只能跟踪频谱分析仪输入端口选择接收的频率，而无法输出独立频率的信号(可称为独立信号)，这极大地限制了跟踪源的应用领域，例如，谐波、变频损耗等非线性指标的测量就无法使用该结构实现。若要实现这些非线性指标的测量，则另外需要至少一台独立的信号源，设备的成本较高，且不便于携带。

基于此，提供本发明的方案。在本发明实施例中，在需要输出频谱分析仪信号输入端口选择接收的频率的跟踪信号时，控制第一切换开关切换至第一端，以将跟踪源本振和跟踪源混频器的第二输入端连接；在需要输出独立且频率在跟踪源本振输出频率范围内的信号时，控制第一切换开关切换至第二端，以将跟踪源本振和信号输出端口连接，由跟踪源本振提供独立频率的信号。

实施例一：

请参考图2，图2为本发明实施例提供的一种集成跟踪源的频谱分析仪的结构示意图，该频谱分析仪包括第一中频产生模块1、跟踪源混频器2、第一切换开关S1、跟踪源本振4、控制模块5、信号处理模块6、信号输入端口7和信号输出端口8。第一中频产生模块1与信号输入端口7连接，用于在控制模块5的控制下产生本振扫频信号，将该本振扫频信号通过其第一输出端a1输出给跟踪源混频器2，并根据该本振扫频信号对信号输入端口选择接收的频率进行处理，得到第一中频信号，然后将该第一中频信号通过其第二输出端a2输出给信号处理模块6。信号处理模块6用于对接收到的中频信号进行处理，得到频谱数据。跟踪源本振4用于在控制模块5的控制下产生振荡信号，该振荡信号的频率与第一中频产生模块1输出的第一中频信号的频率相同。跟踪源混频器2包括第一输入端b1、第二输入端b2和输出端b，其第一输入端b1与第一中频产生模块1的第一输出端a1连接，其输出端b与信号输出端口8连接；跟踪源混频器2用于将其第一输入端b1和第二输入端b2的信号进行混频，并将得到的混频信号通过其输出端b输出。控制模块5与第一切换开关S1的控制端c连接，用于在需要输出信号输入端口选择接收的频率的跟踪信号时，控制第一切换开关S1切换至第一端c1，以将跟踪源本振4和跟踪源混频器2的第二输入端b2连接，这时，跟踪源混频器2将以第一中频产生模块1产生的扫频信号为其本振，对跟踪源本振4输出的振荡信号进行混频处理，得到的混频信号的频率将跟踪信号输入端口7选择接收的信号频率，实现跟踪源跟踪频谱分析仪信号输入端口选择接收的频率的功能；在需要输出独立信号时，控制模块5控制第一切换开关S1切换至第二端c2，以将跟踪源本振4和信号输出端口8连接，这时，由跟踪源本振4直接输出独立信号，输出的独立信号的频率在跟踪源本振4输出信号的频率范围内，实现了跟踪源输出独立信号的功能，即此时的跟踪源相当于是一个独立信号源。

实际应用中，该频谱分析仪还包括面板，该面板上设置有用于选择输出跟踪信号或独立信号的选择按钮，比如，可以在面板上设置一个跟踪信号选择按钮和一个独立信号选择按钮，当跟踪信号选择按钮被触发时输出的是跟踪信号，当独立信号选择按钮被触发时输出的是独立信号。或者，该频谱分析仪包括有触摸屏，该触摸屏可用于检测用户输入的用于选择输出跟踪信号或独立信号的操作，例如，可以在触摸屏上显示跟踪信号和独立信号的功能选择菜单，当用户选择跟踪信号功能时信号输出端口8会输出跟踪信号，当用户选择独立信号功能时，信号输出端口8会输出独立信号。

本实施例提供的集成跟踪源的频谱分析仪，在需要输出信号输入端口选择接收的频率的跟踪信号时，由跟踪源混频器对跟踪源本振输出的振荡信号与第一中频产生模块输出的扫频信号进行混频，实现跟踪源输出信号频率对信号输入端口选择接收的频率的跟踪；在需要输出独立信号时，由跟踪源本振直接输出该独立频率的信号；使得跟踪源既可对频谱分析仪选择接收的信号频率进行跟踪，又可以输出独立频率的信号，扩大了频谱分析仪的应用范围。在使用时，用户只要根据实际的需求选择跟踪信号功能或独立信号功能，频谱分析仪便可以输出对应的信号，在测量谐波、变频损耗等非线性指标时，不需要再增加额外的信号源，测试系统较简单。

实施例二：

基于实施例一，本实施例提供一种具体的集成跟踪源的频谱分析仪，其结构示意图参见图3，如图3所示，该频谱分析仪包括第一中频产生模块1、跟踪源混频器2、第一切换开关S1、跟踪源本振4、控制模块5、信号处理模块6、信号输入端口7、信号输出端口8、第二中频产生模块3和第二切换开关S2。与实施例一不同的是，其中的控制模块5还与第二切换开关S2的控制端f连接，还用于在需要输出独立信号时，判断该独立信号的频率是否在跟踪源本振4输出频率的范围内，若否，则控制第一切换开关S1将跟踪源本振4与跟踪源混频器2的第二输入端b2连接(即控制第一切换开关S1切换至第一端c1)，且控制第二切换开关S2将第二中频产生模块3的第一输出端d1与跟踪源混频器2的第一输入端b1连接(即控制第二切换开关S2切换至第二端f2)；若判断出需要输出的独立信号的频率在跟踪源本振4输出频率的范围内，则控制模块5控制第一切换开关S1切换至第二端c2，以将跟踪源本振4和信号输出端口8连接。第二中频产生模块3连接在第一中频产生模块1的第二输出端a2和信号处理模块6之间，用于在控制模块5的控制下产生固定频率的第一振荡信号，然后将该第一振荡信号通过其第一输出端d1输出，并根据该第一振荡信号对第一中频产生模块1输出的第一中频信号进行处理，得到第二中频信号，然后将该第二中频信号输出给信号处理模块6进行处理，以得到最终的频谱数据。

具体的，第一中频产生模块1包括第一混频器11、第一本振12和第一耦合器13。其中，第一本振12用于在控制模块5的控制下产生本振扫频信号；第一耦合器13用于提取第一本振12产生的本振扫频信号，得到两路本振扫频信号，并将其中的一路通过其第一输出端e1(即第一中频产生模块1的第一输出端a1)输出，将另一路通过其第二输出端e2输出给第一混频器11；第一混频器11与信号输入端口7连接，用于将信号输入端口7的输入信号和第一耦合器13输出的本振扫频信号进行混频，得到第一中频信号。

第二中频产生模块3包括第二混频器31、第二本振32和第二耦合器33。其中，第二本振32用于在控制模块5的控制下产生固定频率的第一振荡信号；第二耦合器33用于提取第二本振32产生的第一振荡信号，得到两路第一振荡信号，并将其中的一路通过其第一输出端g1(即第二中频产生模块3的第一输出端d1)输出，将另一路通过其第二输出端g2输出给第二混频器31；第二混频器31与第一中频产生模块1的第二输出端a2连接，用于将第一中频产生模块1输出的第一中频信号和第二耦合器33输出的第一振荡信号进行混频，得到第二中频信号。

实际应用中，在第二中频产生模块3和信号处理模块6之间还包括第三中频产生模块9，该第三中频产生模块9包括第三混频器91和第三本振92。其中，第三本振92用于在控制模块5的控制下产生固定频率的第二振荡信号，并将该第二振荡信号输入给第三混频器91；第三混频器91则对第二中频产生模块3产生的第二中频信号和第三本振92产生的第二振荡信号进行混频，得到第三中频信号，然后将该第三中频信号输出给信号处理模块6进行处理。信号处理模块6会先对第三中频信号进行模数转换，经三次中频选择后得到的第三中频信号在进行模数转换时可降低对模数转换器的要求。

实际设计中，还可以为第一切换开关S1设计一个配合使用的第三切换开关S3，该第三切换开关包括第一端k1、第二端k2、固定端k3和控制端k，其固定端k3与信号输出端口8连接，其第一端k1与跟踪源混频器2的输出端b连接，其第二端k2与第一切换开关S1的第二端c2连接。在该设计中，控制模块5还与第三切换开关S3的控制端k连接，控制模块5在控制第一切换开关S1切换至第一端c1时控制第三切换开关S3切换至第一端k1；控制模块5在控制第一切换开关S1切换至第二端c2时控制第三切换开关S3切换至第二端k2。

基于上述的集成跟踪源的频谱分析仪，图4示出了该频谱分析仪产生跟踪信号或独立信号的工作流程，如图4所示，可以包括如下的工作步骤：

步骤101：判断需要输出跟踪信号还是独立信号。

用户可以通过面板上设置的跟踪信号选择按钮或独立信号选择按钮选择要输出跟踪信号还是独立信号，或者，也可以通过触摸屏上的选择菜单选择跟踪信号功能或独立信号功能。此时，跟踪源打开，控制模块5判断是要输出跟踪信号还是输出独立信号；若要输出跟踪信号，则执行步骤102；若要输出独立信号，则执行步骤103。

步骤102：控制各切换开关均切换至第一端。

当需要输出输入信号的跟踪信号时，控制模块5控制第一切换开关S1切换至第一端c1，控制第二切换开关S2切换至第一端f1，且控制第三切换开关S3切换至第一端k1。此时，跟踪源混频器2以第一本振12产生的扫频信号为本振，对跟踪源本振4输出的振荡信号进行混频处理，得到的混频信号经信号输出端口8输出。其产生信号的方案与图1所示的方案相同，信号输出端口8输出的信号的频率将跟踪信号输入端口7选择接收的频率，实现了跟踪源的跟踪功能。

步骤103：判断输出信号频率是否在跟踪源本振输出频率的范围内。

当需要输出独立信号时，控制模块5判断需要输出的独立信号的频率是否在跟踪源本振4输出频率的范围内，若是，则执行步骤104，若否，则执行步骤105。

步骤104：S1和S3均切换至第二端。

若控制模块5判断出需要输出的独立信号的频率在跟踪源本振4输出频率的范围内，则控制第一切换开关S1切换至第二端c2，且控制第三切换开关S3切换至第二端k2，此时，跟踪源混频器2被弃用，由跟踪源本振4直接输出该频率的独立信号。

步骤105：S1和S3均切换至第一端，且S2切换至第二端。

若控制模块5判断出需要输出的独立信号的频率低于跟踪源本振4输出频率的范围，则控制第一切换开关S1切换至第一端c1，控制第三切换开关S3切换至第一端k1，且控制第二切换开关S2切换至第二端f2，此时，跟踪源混频器2以第二本振32产生的固定频率的第一振荡信号为本振，对跟踪源本振4输出的振荡信号进行混频处理，得到所需频率的独立信号。

在上述工作过程中，跟踪源本振4输出的频率可以覆盖至频谱分析仪最高的接收信号频率，但无法覆盖到较低级别(KHz级别)的频率，而跟踪源本振4的频率一般与第二本振32输出的信号频率相近，这时，为了使跟踪源能够输出较低级别频率的独立信号(一般低至9KHz)，将跟踪源本振4输出的振荡信号与第二本振32输出的第一振荡信号进行混频，则可得到所需的低频独立信号。这样，输出的独立信号的频率可以覆盖整个频谱分析仪的接收频率范围。

本实施例提供的集成跟踪源的频谱分析仪，在需要输出频谱分析仪信号输入端口选择接收的频率的跟踪信号时，由跟踪源混频器对跟踪源本振输出的振荡信号与第一本振输出的扫频信号进行混频，实现输出信号频率对信号输入端口选择接收的频率的跟踪；在需要输出独立信号时，先判断该独立信号的频率是否在跟踪源本振输出频率的范围内，若是，则由跟踪源本振直接输出该频率的独立信号，若否，则由跟踪源混频器对跟踪源本振和第二本振输出的振荡信号进行混频，得到所需要的独立信号。使得跟踪源既可对频谱分析仪选择接收的信号频率进行跟踪，又可以输出所需频率的独立信号，且输出的独立信号的频率范围能够覆盖整个频谱分析仪的接收信号频率的范围，在测量谐波、变频损耗等非线性指标时，不需要再增加额外的信号源，扩大了频谱分析仪的应用范围。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种集成跟踪源的频谱分析仪，其特征在于，包括：第一中频产生模块、跟踪源混频器、第一切换开关、跟踪源本振、控制模块、信号处理模块、信号输入端口和信号输出端口；

所述第一中频产生模块与信号输入端口连接，用于在控制模块的控制下产生本振扫频信号，将该本振扫频信号通过其第一输出端输出给跟踪源混频器，并根据该本振扫频信号对信号输入端口选择接收的频率进行处理，得到第一中频信号并输出给信号处理模块；

所述跟踪源本振，用于在控制模块的控制下产生与所述第一中频信号频率相同的振荡信号；

所述跟踪源混频器包括第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端与第一中频产生模块的第一输出端连接，其输出端与信号输出端口连接，所述跟踪源混频器用于将其第一输入端和第二输入端的信号进行混频，并将得到的混频信号通过其输出端输出；

所述控制模块与第一切换开关的控制端连接，用于在需要输出所述信号输入端口选择接收的频率的跟踪信号时，控制第一切换开关切换至第一端，以将跟踪源本振和跟踪源混频器的第二输入端连接；在需要输出独立且频率在跟踪源本振输出频率范围内的信号时，所述控制模块控制第一切换开关切换至第二端，以将跟踪源本振和信号输出端口连接；

所述信号处理模块，用于对接收到的中频信号进行处理，得到频谱数据。

2.如权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，还包括第二中频产生模块和第二切换开关；

所述第二中频产生模块连接在第一中频产生模块的第二输出端与信号处理模块之间，用于在控制模块的控制下产生固定频率的第一振荡信号，将该第一振荡信号通过其第一输出端输出，并根据该第一振荡信号对第一中频产生模块输出的第一中频信号进行处理，得到第二中频信号并输出给信号处理模块；

所述控制模块与第二切换开关的控制端连接，还用于在需要输出独立信号时，判断该独立信号的频率是否在跟踪源本振输出频率的范围内，若否，则控制第一切换开关将跟踪源本振与跟踪源混频器的第二输入端连接，且控制第二切换开关将第二中频产生模块的第一输出端与跟踪源混频器的第一输入端连接。

3.如权利要求1或2所述的频谱分析仪，其特征在于，还包括第三切换开关，所述第三切换开关包括第一端、第二端、固定端和控制端，其固定端与信号输出端口连接，其第一端与跟踪源混频器的输出端连接，其第二端与第一切换开关的第二端连接；

所述控制模块与第三切换开关的控制端连接，还用于在控制第一切换开关切换至第一端时控制第三切换开关切换至第一端，在控制第一切换开关切换至第二端时控制第三切换开关切换至第二端。

4.如权利要求2所述的频谱分析仪，其特征在于，所述第二中频产生模块包括第二混频器、第二本振和第二耦合器；

所述第二本振，用于在控制模块的控制下产生固定频率的第一振荡信号；

所述第二耦合器，用于提取第二本振产生的第一振荡信号，得到两路第一振荡信号，并将其中的一路通过其第一输出端输出，将另一路通过其第二输出端输出给第二混频器；

所述第二混频器与第一中频产生模块的第二输出端连接，用于将第一中频产生模块输出的第一中频信号和第二耦合器输出的第一振荡信号进行混频，得到第二中频信号。

5.如权利要求2所述的频谱分析仪，其特征在于，所述第二中频产生模块和所述信号处理模块之间还包括第三中频产生模块，所述第三中频产生模块包括第三混频器和第三本振；

所述第三本振，用于在控制模块的控制下产生固定频率的第二振荡信号，并将所述第二振荡信号输入给第三混频器；

所述第三混频器，用于对第二中频产生模块产生的第二中频信号和第三本振产生的第二振荡信号进行混频，得到第三中频信号并将该第三中频信号输出给信号处理模块。

6.如权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，所述第一中频产生模块包括第一混频器、第一本振和第一耦合器；

所述第一本振，用于在控制模块的控制下产生本振扫频信号；

所述第一耦合器，用于提取第一本振产生的本振扫频信号，得到两路本振扫频信号，并将其中的一路通过其第一输出端输出，将另一路通过其第二输出端输出给第一混频器；

所述第一混频器与信号输入端口连接，用于将信号输入端口的输入信号和第一耦合器输出的本振扫频信号进行混频，得到第一中频信号。

7.如权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，还包括面板，所述面板上设置有用于选择输出跟踪信号或独立信号的选择按钮。

8.如权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，还包括触摸屏，所述触摸屏用于检测用户输入的用于选择输出跟踪信号或独立信号的操作。