CN114487685A - 具有高精度校准功能的信号分析仪及其高精度校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有高精度校准功能的信号分析仪及其高精度校准方法，该信号分析仪包括：校准模块，校准模块采用数字方案，用于输出宽带校准信号，宽带校准信号为频率间隔均匀且相位为目标相位的信号；射频前端，射频前端连接校准模块，射频前端用于对宽带校准信号进行放大、衰减、滤波和初始变频，输出目标信号；中频模块，中频模块连接射频前端，中频模块用于对目标信号进行多次变频处理，输出目标频率的目标数字信号；数字处理模块，数字处理模块连接中频模块，数字处理模块用于对目标数字信号进行数字下变频处理和快速傅立叶变换处理，得到目标频域信号，目标频域信号用于确定信号分析仪的频响曲线。该信号分析仪可以实现高精度校准。

Description

具有高精度校准功能的信号分析仪及其高精度校准方法

技术领域

本发明涉及信号处理设备技术领域，尤其涉及一种具有高精度校准功能的信号分析仪及其高精度校准方法。

背景技术

随着科技的进步，通信方法及通信系统日益复杂，具有数字采样架构的频谱仪、信号分析仪或矢量信号分析仪是通信系统测量相位信息的重要设备。

为消除信号分析仪或频谱仪中射频前端的器件特性带来的漂移误差，通常使用输出已知幅度和频率的基准信号的校准源，辅助信号分析仪或频谱仪系统进行测量误差的估计。

目前，校准源通常采用锁相环技术输出离散频点的基准信号，校准源中的锁相环运用负反馈控制原理，将基准信号的频率与参考频率的比值控制为某个可设置的固定数值，从而实现基准信号频率的精准控制，依次对不同通道进行校准。但信号分析仪或频谱仪中射频前端各个通道的频段范围都很宽，一旦输入信号频率不同于校准信号频率，校准结果不能直接反映当前环境下的器件特性，且这种分次异步校准的方式，会丢失信号分析仪或频谱仪自身传输函数不同频点的相位信息，无法实现快速高精度校准，不能完成对于宽带信号以及需要相位信息测试项的高精度测量。

发明内容

本发明提供一种具有高精度校准功能的信号分析仪及其高精度校准方法，用以解决现有技术中信号分析仪或频谱仪无法实现快速高精度校准的缺陷。

本发明提供一种具有高精度校准功能的信号分析仪，包括：

校准模块，所述校准模块采用数字方案，所述校准模块用于输出宽带校准信号，所述宽带校准信号为频率间隔均匀且相位为目标相位的信号；

射频前端，所述射频前端连接所述校准模块，所述射频前端用于对所述宽带校准信号进行放大、衰减、滤波和初始变频，输出目标信号；

中频模块，所述中频模块连接所述射频前端，所述中频模块用于对所述目标信号进行多次变频处理，输出目标频率的目标数字信号；

数字处理模块，所述数字处理模块连接所述中频模块，所述数字处理模块用于对所述目标数字信号进行数字下变频处理和快速傅立叶变换处理，得到目标频域信号，所述目标频域信号用于确定信号分析仪的频响曲线。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述校准模块包括：

多音信号产生单元，所述多音信号产生单元用于生成多音信号，所述多音信号包括在频域上具有均匀频率间隔分布的多个单音信号，所述多音信号的初始相位为所述目标相位；

DAC模块，所述DAC模块连接所述多音信号产生单元，所述DAC模块用于对所述多音信号进行数模转换，输出目标模拟信号；

低通滤波器，所述低通滤波器连接所述DAC模块，所述低通滤波器用于滤除所述目标模拟信号中的谐波信号，输出目标I路信号；

IQ调制器，所述IQ调制器连接所述低通滤波器，所述IQ调制器用于基于所述目标I路信号和目标Q路信号，输出目标IQ信号；

耦合器，所述耦合器连接所述IQ调制器，所述耦合器用于采集所述目标IQ信号的目标功率信息；

AGC/ALC模块，所述AGC/ALC模块连接于所述耦合器和所述多音信号产生单元之间，所述AGC/ALC模块用于基于所述目标功率信息和基准功率信息，输出目标误差信号至所述多音信号产生单元，以供所述多音信号产生单元调整所述多音信号的输出幅度。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述校准模块还包括：

依次连接于所述IQ调制器和耦合器之间的带通滤波器和目标放大器，所述带通滤波器用于滤除所述目标IQ信号的镜像信号，所述目标放大器用于对滤除镜像信号的所述目标IQ信号进行放大处理。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述校准模块还包括：

目标频综，所述目标频综连接所述IQ调制器，所述目标频综用于输出本振信号至所述IQ调制器。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述AGC/ALC模块设有DAC单元，所述DAC单元用于存储所述基准功率信息。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述目标Q路信号为0电平信号，或者，所述目标Q路信号为所述DAC模块输出直流电平提供的Q路信号。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述射频前端包括：

温度传感器单元，所述温度传感器单元位于所述射频前端的对温度敏感的芯片处，所述温度传感器单元用于基于所述芯片的温度，输出目标电压信号；

温控组件单元，所述温控组件单元连接所述温度传感器单元，所温控组件单元用于基于所述目标电压信号，控制所述温控组件单元的加热工作状态。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述温度传感器单元包括：

热敏电阻，所述热敏电阻用于基于所述芯片的温度，输出监测电压；

基准电压模块，所述基准电压模块用于基于目标温度，输出基准电压；

减法器，所述减法器的第一输入端连接所述热敏电阻，所述减法器的第二输入端连接所述基准电压模块，所述减法器的输出端连接所述温控组件单元，所述目标电压信号基于所述基准电压和所述监测电压确定。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述减法器用于确定所述监测电压小于所述基准电压，输出第一电压信号，所述第一电压信号用于控制所述温控组件单元处于第一功率的加热工作状态；

所述减法器用于确定所述监测电压等于所述基准电压，输出第二电压信号，所述第二电压信号用于控制所述温控组件单元处于第二功率的加热工作状态，所述第二功率小于所述第一功率。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述减法器用于确定所述监测电压大于所述基准电压，输出第三电压信号，所述第三电压信号用于控制所述温控组件单元停止加热。根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述射频前端包括：

第一开关，所述第一开关的第一输入端连接所述校准模块；

衰减模块，所述衰减模块连接所述第一开关的输出端，所述衰减模块用于对所述宽带校准信号进行衰减处理；

放大模块，所述放大模块连接所述衰减模块，所述放大模块用于对衰减后的所述宽带校准信号进行放大处理，输出不同频段的多个目标输入信号；

混频模块，所述混频模块连接所述放大模块，所述混频模块用于基于所述不同频段的多个目标输入信号，输出所述目标信号。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，还包括：

第一频综，所述第一频综连接所述混频模块的输入端，所述第一频综用于为所述混频模块提供本振信号。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，所述放大模块包括：

第一放大模块，所述第一放大模块包括依次连接的第一前置放大模块和第一带通滤波器，所述第一前置放大模块的输入端连接所述衰减模块的第一输出端，所述第一带通滤波器的输出端连接所述混频模块的输入端；

第二放大模块，所述第二放大模块包括依次连接的第二前置放大模块和第二带通滤波器，所述第二前置放大模块的输入端连接所述衰减模块的第二输出端，所述第二带通滤波器的输出端连接所述混频模块的输入端。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪，还包括：

第二开关，所述第二开关的第一输入端连接所述第一带通滤波器的输出端，所述第二开关的第二输入端连接所述第二带通滤波器的输出端，所述第二开关的输出端连接所述混频模块的输入端。

本发明还提供一种基于上述具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法，包括：

基于宽带校准信号，输出目标信号，所述宽带校准信号为频率间隔均匀且相位为目标相位的信号；

对所述目标信号进行变频处理，输出目标频率的目标数字信号；

对所述目标数字信号进行数字下变频处理和快速傅立叶变换处理，得到目标频域信号，所述目标频域信号用于确定具有高精度校准功能的信号分析仪的频响曲线。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法，在所述得到目标频域信号之后，所述方法还包括：

获取所述目标频域信号中各频点的幅度和相位信息；

将所述目标频域信号中各频点的幅度和相位信息与基准频域信号中各频点的幅度和相位信息进行比较，得到目标差值；

基于所述目标差值，确定目标频率响应函数，所述信号分析仪的频响曲线包括所述目标频率响应函数；

对所述目标频率响应函数进行求倒数和逆傅立叶变换，获得所述信号分析仪的补偿滤波器的时域系数。

根据本发明提供的一种具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法，在所述得到目标频域信号之后，所述方法还包括：

基于射频前端的温度传感器单元输出的温度信息和数字处理模块内存储的函数关系，修正所述目标频域信号，获得目标频率响应函数，所述信号分析仪的频响曲线包括所述目标频率响应函数；

对所述目标频率响应函数进行求倒数和逆傅立叶变换，获得所述信号分析仪的补偿滤波器的时域系数。

本发明提供的具有高精度校准功能的信号分析仪及其高精度校准方法，通过校准模块采用数字方案输出频率间隔均匀且相位可控的宽带校准信号，保证基于宽带校准信号得到的补偿校准结果准确地反映射频部件的器件特性，实现信号分析仪频率响应的精准测量和补偿，且通过校准模块的宽带校准信号进行校准时保留了相位信息，得到具有高精度校准功能的信号分析仪。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的具有高精度校准功能的信号分析仪的校准模块结构示意图；

图2是本发明提供的具有高精度校准功能的信号分析仪的射频前端结构示意图；

图3是本发明提供的具有高精度校准功能的信号分析仪的温度传感器单元结构示意图；

图4是本发明提供的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法的流程示意图；

图5是相关技术中信号分析仪的校准源结构示意图。

附图标记：

100：校准模块；110：多音信号产生单元；120：DAC模块；130：低通滤波器；140：IQ调制器；150：带通滤波器；160：目标放大器；170：耦合器；180：AGC/ALC模块；190：目标频综；

200：射频前端；210：温度传感器单元；210A：第一温度传感器单元；210B：第二温度传感器单元；211：热敏电阻；212：基准电压模块；213：减法器；220A：第一温控组件单元；220B：第二温控组件单元；231：第一开关；232：第二开关；233：第三开关；240：衰减模块；251：第一前置放大模块；252：第一带通滤波器；253：第二前置放大模块；254：第二带通滤波器；260：混频模块；270：第一频综；

300：中频模块；400：数字处理模块；500：射频信号输入接口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

在本发明实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在信号分析仪或频谱仪中，由于射频前端中的模拟器件特性会随着时间和温度的变化而发生漂移，使测量结果偏离真实值。

通过校准源输出已知幅度和频率的基准信号，辅助系统进行测量误差的估计，将校准源输出的基准信号接入到射频前端，将测量到的幅值及频率与基准信号的实际幅值与频率做比较，在以后的测量任务中，自动补偿上述的比较差值，以减少测量误差。

相关技术中，如图5所示，校准源通常采用锁相环技术输出离散频点的基准信号，增益控制模块实现校准信号功率的精准控制，恒温晶振提供高频率-温度稳定度、低相位噪声的参考频率，锁相环运用负反馈控制原理，将基准信号的频率与参考频率的比值控制为某个可设置的固定数值，从而实现基准信号频率的精准控制。

信号分析仪或频谱仪中工作在固定频率的模块可以用基准信号补偿温度等环境变化带来的漂移误差，但是，信号分析仪或频谱仪中射频前端输入信号的频段范围宽，一旦输入信号频率不同于校准信号频率，校准结果不能直接反映当前环境下的器件特性。

如果射频前端含有N个模拟通道，对应N个频段，那么校准源也将产生N个频点的基准信号，依次对N个通道进行校准，这种分次异步校准的方式，会丢失信号分析仪或频谱仪自身传输函数不同频点的相位信息，不能完成对于宽带信号以及需要相位信息测试项的高精度测量，无法实现快速高精度测量。

下面结合图1至图3描述本发明的具有高精度校准功能的信号分析仪，实现信号分析仪频率响应的高精准测量和补偿。

在本发明实施例中，信号分析仪指用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数的多用途的电子测量仪器。

在本发明实施例中，信号分析仪包括但不限于矢量信号分析仪、信号分析仪、频谱仪和综测仪等的电子测量仪器，也可以为用于通信设备接收精度校准的接收机部分。

如图1和图2所示，本发明实施例的具有高精度校准功能的信号分析仪包括：校准模块100、射频前端200、中频模块300和数字处理模块400。

其中，校准模块100用于输出宽带校准信号，宽带校准信号是用于测量和补偿具有高精度校准功能的信号分析仪的频率响应，提高测量精度的基准信号。

在该实施例中，校准模块100采用数字方案，输出均匀的频率间隔的宽带校准信号，宽带校准信号的相位为目标相位，目标相位是可以设置的数值，也即宽带校准信号是相位可控的信号。

在实际执行中，宽带校准信号可以为梳状谱信号、导频序列或伪随机序列等信号，例如，采用正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）设计频域具有确定相位和幅度的宽带校准信号，或在频域设计具有自相关峰尖锐、互相关低的Golden序列，或在频域设计具有恒幅零自相关的Zadoff-Chu序列等。

如图2所示，射频前端200连接校准模块100，校准模块100输出宽带校准信号至射频前端200。

在该实施例中，射频前端200用于对输入的宽带校准信号进行放大、衰减、滤波和变频等处理，输出目标信号。

中频模块300连接射频前端200，射频前端200输出目标信号至中频模块300中，中频模块300用于对目标信号进行变频处理，输出目标频率的目标数字信号。

在该实施例中，目标频率可以为300kHz至3000kHz的频率，也即目标数字信号为中频频段的数字信号。

在实际执行中，中频模块300通过对目标信号进行多次变频处理，将目标信号的频谱迁移至中频频段，中频频段是适合进行ADC采样的频段。

数字处理模块400连接中频模块300，中频模块300输出目标数字信号至数字处理模块400，数字处理模块400对目标数字信号进行数字下变频处理和快速傅立叶变换处理，完成数字时域信号到频域信号的转换，得到目标频域信号。

其中，数字下变频指在数字系统中对信号进行下变频处理，实现从射频（中频）信号到基带信号的转变，快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）实现信号从时域到频域的变换处理。

在该实施例中，目标频域信号可以用于确定信号分析仪的频响曲线，以供补偿滤波器进行补偿校准，数字处理模块400还可以连接信号分析仪的屏幕，将目标频域信号以及其他的测量结果显示在屏幕上。

在本发明实施例中，校准模块100输出的宽带校准信号经射频连接线注入射频前端200，经过中频模块300和数字处理模块400的变频、放大及其他处理，得到目标频域信号，也即正交解调后的复数IQ数据。

通过分析复数IQ数据，可以得到宽带校准信号各频点的幅度和相位信息，与理想 的基准频域信号各个频点的幅度和相位信息计算差值，即可以得到当前环境下信号分析仪 的频响曲线

。

在该实施例中，补偿滤波器的频响

和待校准的信号分析仪的频响曲线

互 为倒数，如下式所示：

在实际执行中，得到补偿滤波器的频响

后，对补偿滤波器的

做逆快速傅 立叶变换，可以得到补偿滤波器的时域系数

。

相关技术中，校准源通常采用锁相环技术输出离散频点的基准信号，由于射频前端输入信号的频段范围宽，锁相环输出的基准信号所得到的校准结果不能直接反映当前环境下的器件特性，且这种分次异步校准的方式，会丢失信号分析仪或频谱仪自身传输函数不同频点的相位信息，不能完成对于宽带信号以及需要相位信息测试项的高精度测量，无法实现快速高精度测量。

在本发明实施例中，具有高精度校准功能的信号分析仪通过新型的校准模块100输宽带校准信号测量和补偿信号分析仪的频率响应，频率间隔均匀且相位可控的宽度校准信号，可以保证基于宽带校准信号得到的补偿校准结果可以准确地反映有着较宽工作频率范围的射频前端200的器件特性，实现信号分析仪频率响应的测量和补偿，且通过校准模块100的宽带校准信号进行校准时保留了相位信息，可以有效提高信号分析仪的测量精度，提供了一种具有高精度校准功能的信号分析仪。

根据本发明实施例提供的具有高精度校准功能的信号分析仪，通过校准模块100输出频率间隔均匀且相位可控的宽度宽带校准信号，保证基于宽带校准信号得到的补偿校准结果准确地反映其他部件的器件特性，实现信号分析仪频率响应的精准测量和补偿，提高校准精度，从而提高具有高精度校准功能的信号分析仪的测量精度。

在一些实施例中，如图1所示，具有高精度校准功能的信号分析仪的校准模块100包括：多音信号产生单元110、DAC模块120、低通滤波器130、IQ调制器140、耦合器170和AGC/ALC模块180。

在该实施例中，多音信号产生单元110用于生成多音信号，多音信号属于数字基带信号，也即多音信号是占据的频谱从零频或很低频率开始的未经调制的数字信号。

多音信号在频域上具有均匀地频率间隔分布的多个单音信号，多音信号在时域上是多个正弦信号的叠加。

多音信号的初始相位为目标相位，多音信号产生单元110所生成的多个多音信号之间的相位关系是固定且可控。

DAC模块120是把数字量转变成模拟量的器件，又称D/A转换器或数模转换器。

在该实施例中，DAC模块120连接多音信号产生单元110，多音信号产生单元110输出多音信号至DAC模块120，DAC模块120对多音信号进行数模转换，将多音信号这一数字信号转换为模拟信号，输出对应的目标模拟信号。

低通滤波器130连接DAC模块120，DAC模块120输出目标模拟信号至低通滤波器130，低通滤波器130滤除目标模拟信号中的谐波信号，输出对应的目标I路信号。

在实际执行中，可以在低通滤波器130中设置截止频率的频率点，目标模拟信号中频率高于这个频率的信号不能通过。

低通滤波器130滤除目标模拟信号中的谐波信号，谐波信号指很多种波形合成的波形信号，滤除目标模拟信号中谐波信号所得到的目标I路信号更加平滑。

IQ调制器140是实现信号IQ调制的期间，IQ调制指数据分为两路，分别进行载波调制，两路载波相互正交，其中，I路信号指同相（in-phase），Q路信号指正交（quadrature）。

在该实施例中，IQ调制器140连接低通滤波器130，低通滤波器130输出目标I路信号至IQ调制器140，IQ调制器140对目标I路信号和目标Q路信号进行IQ调制，得到并输出目标IQ信号。

在实际执行中，目标Q路信号可以为0电平信号，例如，匹配电阻接地得到目标Q路信号，或者，目标Q路信号可以为DAC模块120输出直流电平提供的Q路信号。

耦合器170是从无线信号主干通道中提取出一小部分信号的射频器件，与功分器一样都属于功率分配器件。

在该实施例中，耦合器170连接IQ调制器140，耦合器170用于采集目标IQ信号的目标功率信息。

在实际执行中，IQ调制器140和耦合器170之间还包括依次连接的带通滤波器150和目标放大器160。

其中，带通滤波器150是允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备，目标放大器160是能把输入信号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。

在该实施例中，带通滤波器150滤除IQ调制器140输出的目标IQ信号的镜像信号，目标放大器160对带通滤波器150输出的滤除了镜像信号的目标IQ信号进行放大处理，耦合器170再采集目标放大器160输出的目标IQ信号对应的目标功率信息。

AGC/ALC模块180指同时具有自动增益控制（Automatic Gain Control，AGC）和自动电平控制（Automatic Level Control，ALC）的模块。

自动增益控制可以在输入信号幅度变化较大时，使输出信号幅度稳定不变或限制在一个很小范围内变化，自动电平控制常用来稳定输出功率幅度，对抗增益波动或温度波动。

在该实施例中，AGC/ALC模块180连接于耦合器170和多音信号产生单元110之间，耦合器170输出目标功率信息至AGC/ALC模块180，AGC/ALC模块180根据目标功率信息和预先存储的基准功率信息，输出目标误差信号至多音信号产生单元110，以供多音信号产生单元110调整多音信号的输出幅度。

在实际执行中，AGC/ALC模块180内部设有DAC单元，DAC单元中存储有基准功率信息，AGC/ALC模块180通过比较目标功率信息和基准功率信息的差值，输出目标误差信号，多音信号产生单元110根据目标误差信号调整输出的多音信号的幅度，实现精准功率控制。

在一些实施例中，在具有高精度校准功能的信号分析仪的校准模块100还包括目标频综190。

频综又称为频率综合器、频率源，频综的主要功能是产生电子系统需要的各种形式的频率信号。

在该实施例中，目标频综190连接IQ调制器140，目标频综190用于输出本振信号至IQ调制器140，本振信号属于器件本机产生的等幅波（载波）。

下面介绍具有高精度校准功能的信号分析仪中关于射频前端200的恒温设计。

射频前端200用于对输入的信号进行放大、衰减、滤波和变频处理，在射频前端200增加恒温设计，可以使得具有高精度校准功能的信号分析仪的射频前端200的温度变化控制一定范围内，降低温度等环境影响带来的漂移误差，进一步提升信号分析仪的高精度校准功能。

在该实施例中，射频前端200包括温度传感器单元210和温控组件单元。

温度传感器单元210和温控组件单元在射频前端200内部多处交叉分布，根据所处位置，将测量值和控制值分别进行加权平均处理，提高恒温控制稳定度，例如：在模块边界处，权值较低，在模块中心区域权值较大。

温度传感器单元210设置于射频前端200的对温度敏感的芯片处，温度传感器单元210采集获取射频前端200的芯片对应的芯片的温度。

温控组件单元连接温度传感器单元210，温度传感器单元210根据当前的芯片的温度，向温控组件单元输出目标电压信号，温控组件单元根据目标电压信号控制加热工作状态，以使射频前端200的温度保持在一定的温度范围内，降低温度等环境影响带来射频前端200的漂移误差。

在实际执行中，可以在射频前端200设置多组温度传感器单元210和温控组件单元，例如，如图2所示，射频前端200设置第一温度传感器单元210A，对应输出目标电压信号至第一温控组件单元220A，设置第二温度传感器单元210B，对应输出目标电压信号至第二温控组件单元220B。

相关技术中，信号分析仪中模拟器件本身的器件特性，例如，放大器的增益、滤波器的频响特性等，会随着时间和温度的变化而发生漂移，使测量结果偏离真实值。

本发明实施中，在射频前端200中设置温度传感器单元210实时监测温度敏感的芯片对应的芯片的温度，结合温控组件单元，实现射频前端200的恒温设计，降低器件特性所带来的漂移误差，提升测量准确度。

在一些实施例中，如图3所示，温度传感器单元210包括热敏电阻211、基准电压模块212和减法器213。

热敏电阻211是一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而改变，在该实施例中，热敏电阻211包括但不限于正温度系数热敏电阻（Positive Temperature Coefficientthermistor，PTC thermistor）和负温度系数热敏电阻（Negative TemperatureCoefficient thermistor，NTC thermistor）。

正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小，热敏电阻211的电阻值随着温度的变化而改变，对应输出不同的电压。

在该实施例中，热敏电阻211用于感应射频前端200的芯片的温度，并根据芯片的温度输出对应的监测电压至减法器213。

在温度传感器单元210内设有基准电压模块212，基准电压模块212可以根据预先设置的目标温度，输出基准电压至减法器213。

其中，目标温度指能够最大程度降低器件特性所带来的漂移误差、提升测量准确度的温度。

减法器213是实现基本加成运放电路的一种，减法器213是温度传感器单元210内的算术运算电路。

在该实施例中，减法器213包括两个输入端和一个输出端，减法器213的第一输入端连接热敏电阻211，接收热敏电阻211输出的监测电压，减法器213的第二输入端连接基准电压模块212，接收基准电压模块212输出的基准电压。

减法器213的输出端连接温控组件单元，根据基准电压和监测电压的差值输出对应的目标电压信号至温控组件单元。

在该实施例中，减法器213可以记录监测电压和基准电压之间的差值，并放大一定倍数后作为目标电压信号输出，减法器213也可以记录监测电压和基准电压之间的差值，进行平滑滤波处理，滤除高频噪声后，再放大一定倍数后作为目标电压信号输出。

在实际执行中，减法器213输出的目标电压信号至少具有如下三种表现形式：

其一、减法器213输出第一电压信号。

在该实施例中，当减法器213确定监测电压小于基准电压时，芯片的温度低于预设的目标温度，输出第一电压信号，第一电压信号用于控制温控组件单元处于第一功率的加热工作状态，也即温控组件单元处于快速加热状态。

其二、减法器213输出第二电压信号。

在该实施例中，当减法器213确定监测电压等于基准电压时，芯片的温度等于预设的目标温度，输出第二电压信号，第二电压信号用于控制温控组件单元处于第二功率的加热工作状态，也即温控组件单元处于稳定加热状态。

其中，第二功率小于第一功率。

其三、减法器213输出第三电压信号。

在该实施例中，当减法器213确定监测电压大于基准电压时，芯片的温度高于预设的目标温度，输出第三电压信号，第三电压信号用于控制温控组件单元停止加热。

需要说明的是，在射频前端200内增加了温度传感器单元210，可以通过实验拟合出射频前端200的实际频率响应函数、利用校准源测量得到频率响应函数与温度等环境参数的函数对应关系，在数字处理模块400中保存此函数对应关系，在实际测量中用来修正测量结果。

在实际执行中，射频前端200的增益与温度等环境参数的函数关系的拟合，可以使用线性回归拟合，也可以使用多项式拟合、Lagrange插值等拟合方法。

在该实施例中，只对射频前端200的个别温度进行校准，可以简化校准过程，减少校准数据的存储，函数拟合时只需少数几个参数存储函数关系，不需要存储频响曲线，能够有效缩短校准时间，降低存储数据量。

在本发明实施例中，在射频前端200增加了恒温设计，减少了射频前端200的器件特性带来的漂移误差，提高了测量精度和稳定性，减少了测量过程中的实时校准次数，提升用户的使用便利性。

在一些实施例中，射频前端200包括：第一开关231、衰减模块240、放大模块和混频模块260。

第一开关231具有选通功能，包括两个输入端，第一开关231的第一输入端连接校准模块100，第一开关231的第二输入端连接具有高精度校准功能的信号分析仪的射频信号输入接口500。

在实际执行中，可以通过控制第一开关231，控制输入射频前端200的信号是射频信号输入接口500输入的射频信号，或是校准模块100输入的宽带校准信号。

衰减模块240连接第一开关231的输出端，衰减模块240用于对输入的信号进行衰减处理。

在该实施例中，当第一开关231连通校准模块100和射频前端200时，衰减模块240对输入的宽带校准信号进行衰减处理。

当第一开关231连通校准模块100和射频信号输入接口500时，衰减模块240对输入的射频信号进行衰减处理。

放大模块连接衰减模块240，当第一开关231连通校准模块100和射频前端200时，放大模块对衰减后的宽带校准信号进行放大处理，输出不同频段的多个目标输入信号。

当第一开关231连通校准模块100和射频信号输入接口500时，放大模块对衰减后的射频信号进行放大处理。

在该实施例中，放大模块包括第一放大模块和第二放大模块。

第一放大模块包括依次连接的第一前置放大模块251和第一带通滤波器252，其中，第一前置放大模块251的输入端连接衰减模块240的第一输出端，第一带通滤波器252的输出端连接混频模块260的输入端。

第二放大模块包括依次连接的第二前置放大模块253和第二带通滤波器254，第二前置放大模块253的输入端连接衰减模块240的第二输出端，第二带通滤波器254的输出端连接混频模块260的输入端。

第一前置放大模块251和第二前置放大模块253属于前置放大器，前置放大器在放大有用信号的同时也将噪声放大，低噪声前置放大器是使电路的噪声系数达到最小值的前置放大器。

在该实施例中，第一前置放大模块251和第一带通滤波器252负责处理输入的高频段的信号，第二前置放大模块253和第二带通滤波器254负责处理输入的低频段的信号。

在放大模块和混频模块260之间设有具有选通功能的第二开关232，第二开关232的第一输入端连接第一带通滤波器252的输出端，第二开关232的第二输入端连接第二带通滤波器254的输出端，第二开关232的输出端连接混频模块260的输入端。

在该实施例中，在衰减模块240和放大模块之间设有具有选通功能第三开关233，第三开关233的输入端连接衰减模块240的输出端，第三开关233的第一输出端和第一输出端分别连接第一前置放大模块251和第二前置放大模块253。

第三开关233可以控制来自衰减模块240输出的衰减后的宽带校准信号进入第一前置放大模块251和第一带通滤波器252处理高频段的信号，或进入第二前置放大模块253和第二带通滤波器254处理低频段的信号。

混频模块260可以将两个不同频率的电信号进行混合，完成通过选频回路得到第三个频率的信号的过程的装置，又称为混频器。

混频模块260连接放大模块，混频模块260将放大模块输入的不同频段的多个目标输入信号进行混频处理，实现信号的第一级变频，输出目标信号，也即混频模块260的输出端是整个射频前端200的输出端。

在一些实施例中，射频前端200还包括第一频综270。

其中，第一频综270连接混频模块260的输入端，第一频综270用于为混频模块260提供本振信号。

第一频综270为频综器件，频综又称为频率综合器、频率源，频综的主要功能是产生电子系统需要的各种形式的频率信号。

在该实施例中，第一频综270连接混频模块260，第一频综270用于输出本振信号至混频模块260，本振信号属于器件本机产生的等幅波（载波）。

下面对本发明实施例提供的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法进行描述，下文描述的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法应用于上文描述的具有高精度校准功能的信号分析仪。

如图4所示，本发明实施例的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法包括步骤410至步骤450。

步骤410、基于宽带校准信号，输出目标信号。

其中，宽带校准信号为频率间隔均匀且相位为目标相位的信号。

在该实施例中，校准模块100采用数字方案输出均匀的频率间隔的宽带校准信号，宽带校准信号的相位为目标相位，目标相位是可以设置的数值，也即宽带校准信号是相位可控的信号。

在实际执行中，宽带校准信号可以为梳状谱信号、导频序列或伪随机序列等信号，例如，采用正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）设计频域具有确定相位和幅度的宽带校准信号，或在频域设计具有自相关峰尖锐、互相关低的Golden序列，或在频域设计具有恒幅零自相关的Zadoff-Chu序列等。

步骤420、对目标信号进行变频处理，输出目标频率的目标数字信号。

在该实施例中，目标频率可以为300kHz至3000kHz的频率，也即目标数字信号为中频频段的数字信号。

步骤430、对目标数字信号进行数字下变频处理和快速傅立叶变换处理，得到目标频域信号。

其中，目标频域信号用于确定具有高精度校准功能的信号分析仪的频响曲线。

对目标数字信号进行数字下变频处理和快速傅立叶变换处理，完成数字时域信号到频域信号的转换，得到目标频域信号。

其中，数字下变频指在数字系统中对信号进行下变频处理，实现从射频（中频）信号到基带信号的转变，快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）实现信号时域到频域的变换处理。

在本发明实施例中，校准模块100输出的宽带校准信号经射频连接线注入射频前端200，经过中频模块300和数字处理模块400的变频、放大及其他处理，得到目标频域信号。

根据本发明实施例提供的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法，通过输出频率间隔均匀且相位可控的宽带校准信号，保证基于宽带校准信号得到的补偿校准结果准确地反映其他部件的器件特性，实现具有高精度校准功能的信号分析仪频率响应的精准测量和补偿，还可提高具有高精度校准功能的信号分析仪的测量精度。

在一些实施例中，本发明实施例的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法还包括步骤440和步骤450。

步骤440、基于射频前端200的温度传感器单元210输出的温度信息和数字处理模块400内存储的函数关系，修正目标频域信号，获得目标频率响应函数。

基于射频前端200内温度传感器单元210输出的温度信息，以及数字处理模块400内的射频前端200的实际频率响应函数、利用校准模块100测量得到频率响应函数与温度等环境参数的函数对应关系，对目标频域信号进行修正，得到目标频率响应函数。

步骤450、对目标频率响应函数进行求倒数和逆傅立叶变换，获得信号分析仪的补偿滤波器的时域系数。

在该实施例中，基于目标频率响应函数，确定信号分析仪的补偿滤波器的频响；对补偿滤波器的频响做逆快速傅立叶变换，得到补偿滤波器的时域系数。

在该实施例中，补偿滤波器的频响

和目标频率响应函数

互为倒数，如下 式所示：

在实际执行中，得到补偿滤波器的频响

后，对补偿滤波器的

做逆快速傅 立叶变换，可以得到补偿滤波器的时域系数

。

利用补偿滤波器，可以在数字处理模块内对接收数字信号进行修正，补偿幅度和相位失真，提高测量精度。

在一些实施例中，在得到目标频域信号之后，具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法还包括：获取目标频域信号中各频点的幅度和相位信息；将目标频域信号中各频点的幅度和相位信息与基准频域信号中各频点的幅度和相位信息进行比较，得到目标差值；基于目标差值，确定频响曲线。

在该实施例中，目标频域信号为正交解调后的复数IQ数据，通过分析复数IQ数据， 可以得到宽带校准信号各频点的幅度和相位信息，与理想的基准频域信号各个频点的幅度 和相位信息计算差值，得到目标差值，根据目标差值即可以得到当前环境下具有高精度校 准功能的信号分析仪的目标频率响应函数

，也即信号分析仪的频响曲线。

在该实施例中，补偿滤波器的频响

和待校准的具有高精度校准功能的信号分 析仪的频响曲线

互为倒数，如下式所示：

在实际执行中，得到补偿滤波器的频响

后，对补偿滤波器的

做逆快速傅 立叶变换，可以得到补偿滤波器的时域系数

。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

1.一种具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，包括：

校准模块，所述校准模块采用数字方案，所述校准模块用于输出宽带校准信号，所述宽带校准信号为频率间隔均匀且相位为目标相位的信号；

射频前端，所述射频前端连接所述校准模块，所述射频前端用于对所述宽带校准信号进行放大、衰减、滤波和初始变频，输出目标信号；

中频模块，所述中频模块连接所述射频前端，所述中频模块用于对所述目标信号进行多次变频处理，输出目标频率的目标数字信号；

数字处理模块，所述数字处理模块连接所述中频模块，所述数字处理模块用于对所述目标数字信号进行数字下变频处理和快速傅立叶变换处理，得到目标频域信号，所述目标频域信号用于确定信号分析仪的频响曲线。

2.根据权利要求1所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述校准模块包括：

多音信号产生单元，所述多音信号产生单元用于生成多音信号，所述多音信号包括在频域上具有均匀频率间隔分布的多个单音信号，所述多音信号的初始相位为所述目标相位；

DAC模块，所述DAC模块连接所述多音信号产生单元，所述DAC模块用于对所述多音信号进行数模转换，输出目标模拟信号；

低通滤波器，所述低通滤波器连接所述DAC模块，所述低通滤波器用于滤除所述目标模拟信号中的谐波信号，输出目标I路信号；

IQ调制器，所述IQ调制器连接所述低通滤波器，所述IQ调制器用于基于所述目标I路信号和目标Q路信号，输出目标IQ信号；

耦合器，所述耦合器连接所述IQ调制器，所述耦合器用于采集所述目标IQ信号的目标功率信息；

AGC/ALC模块，所述AGC/ALC模块连接于所述耦合器和所述多音信号产生单元之间，所述AGC/ALC模块用于基于所述目标功率信息和基准功率信息，输出目标误差信号至所述多音信号产生单元，以供所述多音信号产生单元调整所述多音信号的输出幅度。

3.根据权利要求2所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述校准模块还包括：

依次连接于所述IQ调制器和耦合器之间的带通滤波器和目标放大器，所述带通滤波器用于滤除所述目标IQ信号的镜像信号，所述目标放大器用于对滤除镜像信号的所述目标IQ信号进行放大处理。

4.根据权利要求2所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述校准模块还包括：

目标频综，所述目标频综连接所述IQ调制器，所述目标频综用于输出本振信号至所述IQ调制器。

5.根据权利要求2所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述AGC/ALC模块设有DAC单元，所述DAC单元用于存储所述基准功率信息。

6.根据权利要求2所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述目标Q路信号为0电平信号，或者，所述目标Q路信号为所述DAC模块输出直流电平提供的Q路信号。

7.根据权利要求1-6任一项所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述射频前端包括：

温度传感器单元，所述温度传感器单元位于所述射频前端的对温度敏感的芯片处，所述温度传感器单元用于基于所述芯片的温度，输出目标电压信号；

温控组件单元，所述温控组件单元连接所述温度传感器单元，所温控组件单元用于基于所述目标电压信号，控制所述温控组件单元的加热工作状态。

8.根据权利要求7所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述温度传感器单元包括：

热敏电阻，所述热敏电阻用于基于所述芯片的温度，输出监测电压；

基准电压模块，所述基准电压模块用于基于目标温度，输出基准电压；

减法器，所述减法器的第一输入端连接所述热敏电阻，所述减法器的第二输入端连接所述基准电压模块，所述减法器的输出端连接所述温控组件单元，所述目标电压信号基于所述基准电压和所述监测电压确定。

9.根据权利要求8所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述减法器用于确定所述监测电压小于所述基准电压，输出第一电压信号，所述第一电压信号用于控制所述温控组件单元处于第一功率的加热工作状态；

所述减法器用于确定所述监测电压等于所述基准电压，输出第二电压信号，所述第二电压信号用于控制所述温控组件单元处于第二功率的加热工作状态，所述第二功率小于所述第一功率。

10.根据权利要求8所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述减法器用于确定所述监测电压大于所述基准电压，输出第三电压信号，所述第三电压信号用于控制所述温控组件单元停止加热。

11.根据权利要求1-6任一项所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述射频前端包括：

第一开关，所述第一开关的第一输入端连接所述校准模块；

衰减模块，所述衰减模块连接所述第一开关的输出端，所述衰减模块用于对所述宽带校准信号进行衰减处理；

放大模块，所述放大模块连接所述衰减模块，所述放大模块用于对衰减后的所述宽带校准信号进行放大处理，输出不同频段的多个目标输入信号；

混频模块，所述混频模块连接所述放大模块，所述混频模块用于基于所述不同频段的多个目标输入信号，输出所述目标信号。

12.根据权利要求11所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，还包括：

第一频综，所述第一频综连接所述混频模块的输入端，所述第一频综用于为所述混频模块提供本振信号。

13.根据权利要求11所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，所述放大模块包括：

第一放大模块，所述第一放大模块包括依次连接的第一前置放大模块和第一带通滤波器，所述第一前置放大模块的输入端连接所述衰减模块的第一输出端，所述第一带通滤波器的输出端连接所述混频模块的输入端；

第二放大模块，所述第二放大模块包括依次连接的第二前置放大模块和第二带通滤波器，所述第二前置放大模块的输入端连接所述衰减模块的第二输出端，所述第二带通滤波器的输出端连接所述混频模块的输入端。

14.根据权利要求13所述的具有高精度校准功能的信号分析仪，其特征在于，还包括：

第二开关，所述第二开关的第一输入端连接所述第一带通滤波器的输出端，所述第二开关的第二输入端连接所述第二带通滤波器的输出端，所述第二开关的输出端连接所述混频模块的输入端。

15.一种基于权利要求1-14任一项所述的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法，其特征在于，包括：

基于宽带校准信号，输出目标信号，所述宽带校准信号为频率间隔均匀且相位为目标相位的信号；

对所述目标信号进行变频处理，输出目标频率的目标数字信号；

对所述目标数字信号进行数字下变频处理和快速傅立叶变换处理，得到目标频域信号，所述目标频域信号用于确定信号分析仪的频响曲线。

16.根据权利要求15所述的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法，其特征在于，在所述得到目标频域信号之后，所述方法还包括：

获取所述目标频域信号中各频点的幅度和相位信息；

将所述目标频域信号中各频点的幅度和相位信息与基准频域信号中各频点的幅度和相位信息进行比较，得到目标差值；

基于所述目标差值，确定目标频率响应函数，所述信号分析仪的频响曲线包括所述目标频率响应函数；

对所述目标频率响应函数进行求倒数和逆傅立叶变换，获得所述信号分析仪的补偿滤波器的时域系数。

17.根据权利要求15所述的具有高精度校准功能的信号分析仪的高精度校准方法，其特征在于，在所述得到目标频域信号之后，所述方法还包括：

基于射频前端的温度传感器单元输出的温度信息和数字处理模块内存储的函数关系，修正所述目标频域信号，获得目标频率响应函数，所述信号分析仪的频响曲线包括所述目标频率响应函数；

对所述目标频率响应函数进行求倒数和逆傅立叶变换，获得所述信号分析仪的补偿滤波器的时域系数。

Images