CN210183318U - 一种频谱接收组件 - Google Patents

Abstract

一种频谱接收组件，用在频谱分析仪中，接收外部待测信号，包括开关组件(2)、程控单元(4)、开关滤波单元(5)、混频器(8)、本振扩频单元(9)、滤波放大单元(10)，所述程控单元(4)包括固定衰减器和程控衰减器芯片(47)；输入的9kHz‑55GHz信号经过所述开关组件(2)，实现低频输入信号和高频输入信号的分离传输，低频的9kHz‑20GHz信号输出至射频板，在射频板内部处理后得到一个固定的中频信号；高频的20GHz‑55GHz信号进入所述程控单元(4)，经过所述固定衰减器和所述程控衰减器芯片(47)后，再进入所述开关滤波单元(5)进行滤波，最后与所述本振扩频单元(9)内的本振信号进入所述混频器(8)内进行混频，经所述滤波放大单元(10)后输出中频信号。

Description

一种频谱接收组件

技术领域

本实用新型涉及测试技术领域，尤其涉及频谱接收领域，具体为一种频谱接收组件。

背景技术

目前，频谱分析仪具有优良的测试动态范围、相位噪声、测试幅度精度和测试速度，是信号频域分析的重要工具，广泛应用于微波通信、雷达、导航、电子对抗、EMC测试等领域。随着科学技术的不断发展，对频谱分析仪的频率范围、测试灵敏度等提出了更高的要求。手持式频谱分析仪由于其轻快便携、测试频带宽、性能指标可比拟台式机等特点，在外场测试方面受到追捧。

频谱接收组件是手持式频谱分析仪中的重要组成部分，其功能是接收外部待测信号，基于混合集成电路为基础采用微带电路作为基本电路，以同轴接头方式作为信号接收接口，根据后级硬件的处理能力对输入的信号采用双工器和开关组合的方式进行分段，经过机械程控衰减器进行幅度控制，然后再经前置放大器或直通选择，经开关滤波单元后与本振扩频单元内扩频滤波后的本振信号进行混频处理，输出固定中频，再经放大滤波输入ADC 芯片，在ADC芯片内部进行检波处理后转变为数字信号，数字信号再经FPGA处理到屏幕显示即可得到测试结果。

手持式频谱分析仪对待测信号的幅度控制范围要求50dB以上，一般采用机械程控衰减器进行幅度控制，也可将程控衰减器芯片串联。但机械程控衰减器存在着响应速度较慢、体积和重量都比较大的缺点；程控衰减器芯片也有以下缺点，一是总衰减量有限，一般最大到30dB；二是工作的频率范围有限；三是线性度不好，即插入损耗随着频率升高而变大。串联起来的程控衰减器芯片的线性度更不好，即低端插损很小高端插损很大，增大通带内插损，恶化平坦度，很难通过其他手段再补平。

此外，目前市面上绝大部分微波开关的内部电路采用PIN二极管组成，最低频率一般到10MHz，不能用到kHz级别，为了降低成本，业内普遍的做法是采用普通PIN二极管开关和低频扩展电路搭配成双工器，其中10MHz以下信号走低频扩展电路，10MHz以上信号走PIN开关。这种方案的开关双工电路比较复杂，电路占用体积较大，且由于双工器固有的3dB分段点存在，使得整个通带的插损平坦度难以保证。这种现有的双工器零频扩展方案可参考CN106093566B的实用新型专利公开的内容。

同时，现有技术中的本振信号处理单元比较复杂，需在本振信号输入后经过倍频器，再进行信号的分段滤波。

以上几点决定了传统的频谱接收组件不利于手持式频谱分析仪体积小、重量轻的发展趋势。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种可应用于手持式频谱分析仪的、能够覆盖9kHz-55GHz的超宽带的一种频谱接收组件。

本实用新型的技术问题可以通过以下技术方案解决：

一种频谱接收组件，用在频谱分析仪中，接收外部待测信号，包括开关组件、程控单元、开关滤波单元、混频器、本振扩频单元、滤波放大单元，所述程控单元包括固定衰减器和程控衰减器芯片；

输入的9kHz-55GHz信号经过所述开关组件，实现低频输入信号和高频输入信号的分离传输，分离后的9kHz-20GHz低频信号输出至射频板，在射频板内部处理后得到一个固定的中频信号；

分离后的20GHz-55GHz高频信号进入所述程控单元，在所述程控单元内，20GHz-55GHz 信号经过单刀三掷开关选通后，进入放大通路、直通通路、衰减通路三路中的一路，再经过单刀双掷开关选通为两路，之后分别进入所述开关滤波单元进行滤波，最后与所述本振扩频单元内的本振信号进入所述混频器内进行混频，经所述滤波放大单元后输出中频信号；

所述衰减通路中设有所述固定衰减器，所述放大通路中设有放大器，所述单刀双掷开关与所述开关滤波单元之间的两个通路上分别设有一所述程控衰减器芯片。

进一步，20GHz-55GHz信号经过单刀双掷开关后选通为20GHz-37GHz和37GHz-55GHz 两路，且两路信号分别经过覆盖各自频段的所述程控衰减器芯片。

进一步，所述固定衰减器为宽带30dB固定衰减器。

进一步，所述程控衰减器芯片为1dB步进、总衰减量31dB的程控衰减器芯片。

进一步，所述开关滤波单元分为若干条通路，并且每条通路上均设有带通滤波器。

进一步，其特征在于，所述开关滤波单元分为八条通路。

进一步，所述本振扩频单元输入11.8-26GHz信号，经第二放大器、二倍频器、第三放大器处理后进入所述混频器内进行混频。

进一步，所述二倍频器为对基波和三次谐波的抑制度均在30dBc以上的倍频器。

进一步，所述开关组件为超宽带低损耗开关，其工作的频率范围能够覆盖9kHz-55GHz，且每路插损小于3dB。

与现有技术相比，本实用新型达到的有益效果是：

1、本实用新型采用固定衰减器和程控衰减器芯片作为程控单元，使得频谱接收组件的覆盖频率范围可达到9kHz-55GHz的宽度，宽带30dB固定衰减器和1dB步进、总衰减量31dB 的程控衰减器芯片共同实现1dB步进、总衰减量60dB的程控衰减功能，相比机械程控衰减器方案减小了电路尺寸和实际重量；相比两个电子程控衰减器芯片串联方案，减小了通路插损且优化了带内平坦度。

2、本实用新型采用超宽带低损耗开关作为第一级开关，可以替代作为低频扩展功能的双工器部分电路，实现了最低9kHz起的信号传输，减小了通路信号插损，避免了双工器的引进而造成的插损突变，且优化了输入端口驻波指标，在减小体积的同时优化了带内平坦度。

3、本实用新型选择对基波和三次谐波抑制指标好的倍频器，省去了倍频后的分段滤波部分电路，从而简化了本振扩频电路，使得本振处理单元简单，减小了电路尺寸和重量，同时减少了装配和电路调试的工作量。

4、本实用新型通过合理的频率分段方式，提出一种应用于手持式频谱分析仪的能够覆盖9kHz-55GHz的超宽带频谱接收组件设计方案，在保证手持式频谱分析仪高性能指标前提下，通过优化电路有效的减小了频谱接收组件的体积和重量，从总体上减少了器件成本，减小了电路的复杂性，简化了后期调试，同时提高了模块的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种频谱接收组件的原理框图；

图2为本实用新型实施例的电路设计图。

图中标号

1超宽带隔直电容，2开关组件，3低频通路；

4程控单元，41、42单刀三掷开关，43放大通路，44直通通路，45衰减通路，46单刀双掷开关，47a、47b程控衰减器芯片；

5开关滤波单元，51a、51b单刀四掷开关，52带通滤波器，53a、53b单刀四掷开关；

6单刀双掷开关；

7放大衰减单元，71第一放大器，72衰减器；

8混频器；

9本振扩频单元，91第二放大器，92二倍频器，93第三放大器；

10滤波放大单元，101滤波器，102放大器。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本实用新型进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本实用新型的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义,反之亦然。

在本实用新型实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，本实用新型的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在实用新型的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书上的词汇是为了说明本实用新型的实施例而使用的，但不是试图要限制本实用新型。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种频谱接收组件，用在手持式频谱分析仪中，接收外部待测信号。外部的射频信号先经过开关组件2分为两路，低频信号输送至外部射频板处理，高频信号进入程控单元4，程控单元4内，由两个单刀三掷开关41、42组合成衰减通路45、放大通路43和直通通路44的三路选择，所述高频信号进入其中一路，之后再经一单刀双掷开关46后分为高低波端两部分，分别经过一程控衰减器芯片47，程控衰减后的信号进入开关滤波单元5，并且分别进行四路进行开关滤波，八路经滤波后的信号由两个单刀四掷开关53和一个单刀双掷开关6合为一路，经过放大衰减单元7后进入混频器8参与混频；本振扩频单元9输入的本振信号范围是11.8-26GHz，第二放大器91放大后经二倍频器92 扩频，再经第三放大器93放大后与射频信号进入混频器8进行混频，混频产生的中频信号经滤波放大单元10后输出。

如图1所示，射频信号通过超宽带同轴连接器输入，即射频输入端口RFin，频率范围为9kHz-55GHz，经超宽带隔直电容1后进入开关组件2后分为两路，开关组件2工作的频率范围能够覆盖9kHz-55GHz，并且每路插损小于3dB，优选的，开关组件2为超宽带低损耗开关，具体的，可选用pSemi公司的开关芯片PE43508，可以省去作为低频扩展功能的双工器部分电路，减小体积的同时优化了带内平坦度和端口驻波。射频信号经单刀双掷开关2后，将低频的9kHz-20GHz信号通过低频通路3作为射频输出输送给射频板，在射频板内部进行下变频处理，可得到一个固定的中频信号，高频的20GHz-55GHz信号则进入程控单元4。

程控单元内4包括由两个单刀三掷开关41、42组成的三通道，三通道分别是放大通路 43、直通通路44和衰减通路45，放大通路43上设有放大器，衰减通路45上设有宽带30dB的固定衰减器，三通道可将高频信号进行信号增益控制，实际测量时普通信号走直通通路44，小信号为了能够被检测到走放大通路43，大信号为了防止后面器件被压缩或损坏走衰减通路45。通常情况下频谱分析仪开机后，在默认状态下，信号走直通通路，但如果此时待测信号的功率过大，会导致频谱接收组件输出的中频信号过大，即中频过载，此时测试是不准确的，频谱分析仪会通过声音提示或者界面文字提示给用户报警，以此来提示用户更改衰减器状态避免中频过载，当衰减器设置到30dB以上时，一分三通道切到衰减通路上去；类似地，当测试小信号时，用户在频谱分析仪界面看不到待测信号或者显示信号太小观测不方便，则可以通过选择放大通路来抬升信号。

三通道经单刀三掷开关42后合成一路，再经过单刀双掷开关46后按频段分为高低波端两部分，即20GHz-37GHz和37GHz-55GHz两路，两路分别经过覆盖各自频段的程控衰减器芯片47，进入开关滤波单元5。程控衰减器芯片47为1dB步进、总衰减量31dB的程控衰减器芯片。

两路进入开关滤波单元5后分为若干条通路，并且，每一路上均设有带通滤波器52，滤除各自的镜频和其他干扰信号，优选的，带通滤波器52可选择基于三氧化二铝陶瓷、石英或蓝宝石为基片的微带滤波器。本实用新型一方面从抑制镜频和滤波器的设计难度来考虑，另一方面从电路的体积和开关切换控制难度来考虑，优选的，20GHz-37GHz和 37GHz-55GHz两路波段分别按频率等分为四段，即开关滤波单元总共分为八条通路，经带通滤波器52滤除后经过单刀四掷开关53合为两路，再经过单刀双掷开关6后合为一路，进入放大衰减单元7，放大衰减单元7包括第一放大器71和衰减器72，经过放大衰减后输入混频器8。

本振扩频单元9包括第二放大器91、二倍频器92、第三放大器93，二倍频器92将本振信号进行倍频处理，优选的，二倍频器92为对基波和三次谐波的抑制度均在30dBc以上的倍频器，具体的，可选用Marki公司型号为MMD-1648L的倍频器。本振扩频单元9输入11.8GHz-26GHz的信号，经过第二放大器91和二倍频器92后，放大倍频得到23.6-52GHz 信号，再经过第三放大器93，将本振信号放大一定幅度后输入混频器8进行混频。

混频器8的工作方式为基波混频，即IF＝RF±LO方式，产生混频器8的中频输出范围内的固定中频信号，如3.6GHz，中频信号进入滤波放大单元10，经过滤波器101和放大器102进行滤波放大后输出。

本实用新型中，优选的，选择基于三氧化二铝陶瓷、石英或蓝宝石为基片的薄膜电路作为各个部件之间的传输线，将本实用新型中的频谱接收组件放置在一腔体内，腔体的材质选择铝合金或铝硅材质，并在外层进行镀镍或镀金。

本实用新型中采用同轴接头作为信号的输入输出接头，同轴接头可在直流至毫米波的超宽频带内具有低损耗传输信号的特性，避免采用矩形波导作为输入接口导致的低频信号被截进而无法实现低频频率覆盖的弊端，从而使得本实用新型中的频谱接收组件可在9kHz-55GHz的超宽频率范围内工作。

以上对本实用新型的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种频谱接收组件，用在频谱分析仪中，接收外部待测信号，其特征在于：

包括开关组件(2)、程控单元(4)、开关滤波单元(5)、混频器(8)、本振扩频单元(9)、滤波放大单元(10)，所述程控单元(4)包括固定衰减器和程控衰减器芯片(47)；

输入的9kHz-55GHz信号经过所述开关组件(2)，实现低频输入信号和高频输入信号的分离传输，分离后的9kHz-20GHz低频信号输出至射频板，在射频板内部处理后得到一个固定的中频信号；

分离后的20GHz-55GHz高频信号进入所述程控单元(4)，在所述程控单元(4)内，20GHz-55GHz信号经过单刀三掷开关(41)选通后，进入放大通路(43)、直通通路(44)、衰减通路(45)三路中的一路，再经过单刀双掷开关(46)选通为两路，之后分别进入所述开关滤波单元(5)进行滤波，最后与所述本振扩频单元(9)内的本振信号进入所述混频器(8)内进行混频，经所述滤波放大单元(10)后输出中频信号；

所述衰减通路(45)中设有所述固定衰减器，所述放大通路(43)中设有放大器，所述单刀双掷开关(46)与所述开关滤波单元(5)之间的两个通路上分别设有一所述程控衰减器芯片(47)。

2.如权利要求1所述的一种频谱接收组件，其特征在于，20GHz-55GHz信号经过单刀双掷开关(46)后选通为20GHz-37GHz和37GHz-55GHz两路，且两路信号分别经过覆盖各自频段的所述程控衰减器芯片(47)。

3.如权利要求1所述的一种频谱接收组件，其特征在于，所述固定衰减器为宽带30dB固定衰减器。

4.如权利要求1所述的一种频谱接收组件，其特征在于，所述程控衰减器芯片(47)为1dB步进、总衰减量31dB的程控衰减器芯片。

5.如权利要求1所述的一种频谱接收组件，其特征在于，所述开关滤波单元(5)分为若干条通路，并且每条通路上均设有带通滤波器(52)。

6.如权利要求5所述的一种频谱接收组件，其特征在于，所述开关滤波单元(5)分为八条通路。

7.如权利要求1所述的一种频谱接收组件，其特征在于，所述本振扩频单元(9)输入11.8-26GHz信号，经第二放大器(91)、二倍频器(92)、第三放大器(93)处理后进入所述混频器(8)内进行混频。

8.如权利要求7所述的一种频谱接收组件，其特征在于，所述二倍频器(92)为对基波和三次谐波的抑制度均在30dBc以上的倍频器。

9.如权利要求1所述的一种频谱接收组件，其特征在于，所述开关组件(2)为超宽带低损耗开关，其工作的频率范围能够覆盖9kHz-55GHz，且每路插损小于3dB。

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