CN212586458U - 一种高频率信号监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高频率信号监测装置，包括信号耦合调理单元、频谱模块、模数转换模块，所述信号耦合调理单元包括定向耦合单元、检波器、分频单元、功分单元、增益可调放大器；所述定向耦合单元通过切换开关分别连接检波器、增益可调放大器，所述检波器与模数转换模块连接；所述增益可调放大器依次连接分频单元、功分单元，所述功分单元与频谱模块连接。本实用新型通过设备内部设置的分频模块实现高频率监测范围，本实用新型通过分频方式进行频率扩展，可以把监测频率上限提升至20GHz，具有较好的实用性。

Description

一种高频率信号监测装置

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种高频率信号监测装置。

背景技术

频谱监测设备在无线电管理行业起到了重要作用，通过对电磁环境进行监测，可以为系统频率规划和管理提供依据。频谱检测是感知设备检测周围频谱环境并找出空闲频谱的过程，在授权频段和非授权频段实施时有所不同。在授权频段，感知用户只需要判断某频段是否可借用。从检测主用户发射端还是检测主用户接收端的角度，频谱检测包括主用户发射端检测、合作检测和主用户接收端检测。主用户发射端是感知用户通过分析侦听到的信号中是否存在主用户信号来判断频谱的使用状态，是一种建设未知主用户接收端位置的检测。合作检测通过处理多个感知用户的检测信息来更准确的判断主用户是否存在。现有技术中已经存在6GHz的小型化频谱监测设备，具有存储和显示测试数据的功能，但是该设备的扫频式接收机某一时刻只能监测一个频点的频率和功率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高频率信号监测装置，通过设备内部设置的分频模块实现高频率监测范围。

本实用新型主要通过以下技术方案实现：一种高频率信号监测装置，包括信号耦合调理单元、频谱模块、模数转换模块，所述信号耦合调理单元包括定向耦合单元、检波器、分频单元、功分单元、增益可调放大器；所述定向耦合单元通过切换开关分别连接检波器、增益可调放大器，所述检波器与模数转换模块连接；所述增益可调放大器依次连接分频单元、功分单元，所述功分单元与频谱模块连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步的，当6GHz-20GHz信号通过信号耦合调理单元时，若TTL为低电平，则内部开关切换到可调增益放大器、分频单元、功分单元后，再连接到频谱模块获得信号频率值，且功率值由信号耦合调理单元功分一路信号给检波器检测电压值，最终由模数转换模块获取功率值。

为了更好地实现本实用新型，进一步的，当6GHz以内的信号通过信号耦合调理单元时，若TTL为高电平，则内部开关切换到直通通道，连接频谱模块获得信息频率值、功率值。

为了更好地实现本实用新型，进一步的，采用1分3功分单元把监测信号分为3路至3个频谱模块。

为了更好地实现本实用新型，进一步的，所述频谱模块监测频率为1.5GHz-5GHz。

为了更好地实现本实用新型，进一步的，所述模数转换模块包括依次连接的信号调理电路、滤波器、模数转换器，检波器输入的电压信号通过信号调理电路进行调节电压幅度，以便模数转换器进行采样。所述模数转换器为16位。

为了更好地实现本实用新型，进一步的，所述信号调理电路包括相互并联的第一放大器、第二放大器、第三放大器，所述信号调理电路通过三选一开关与滤波器连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步的，所述第一放大器、第二放大器、第三放大器的增益G分别为1、10、100dB。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型可以用于军工、国防以及无线电监测等领域，能够实现高达20GHz的频率监测范围。可以采用有线电缆传输方式或使用天线进行无线接收方式来进行信号监测。

（2）本实用新型通过分频方式进行频率扩展，可以把监测频率上限提升至20GHz。

（3）本实用新型通过功分电路实现了多个接收机同时监测多个频点。

附图说明

图1为本实用新型的操作流程图；

图2为本实用新型的模数转换模块的电路图；

图3为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种高频率信号监测装置，包括信号耦合调理单元、频谱模块、模数转换模块，所述信号耦合调理单元包括定向耦合单元、检波器、分频单元、功分单元、增益可调放大器。所述定向耦合单元的型号为SD-310-00420型号的耦合器；如图3所示，频谱模块即为信号监测单元，采用上海创远科技公司的3个6GHz的频谱模块（型号Micro-TX）来接收全频段频率信息以及6GHz以下的功率信息。所述功分单元采用型号为XT3801AQ4的功分器，厂家为成都仙童。检波器的型号为HMC613LC48，厂家为ADI。分频单元采用型号为HMC862ALP3E分频器，厂家为ADI。所述增益可调放大器为现有技术且不是本实用新型的改进点，故不再赘述。

本实用新型采用耦合器耦合一小部分信号进行监测，优点在于不会影响用户正常使用，6GHz以内的信号通过信号耦合调理单元：当TTL为高电平时内部开关切换到直通通道，连接频谱模块获得信息频率值、功率值。6GHz~20GHz信号通过信号耦合调理单元：当TTL为低电平时内部开关切换到可调增益放大器和4分频模块后，再连接到频谱模块获得信号频率值（频谱模块监测频率1.5 GHz-5GHz，频谱模块监测频率与输入真实频率成四倍关系，及最高到20GHz从而实现扩频技术），该频段功率值由信号耦合调理单元功分一路信号给检波器检测电压值，最终由模数转换模块获取功率值。

采用1分3功分器，把监测信号分为3路至3个频谱模块，监测软件同时监测3路信号，实现同时监测3个频点的能力。

本实用新型在使用过程中，系统连接方式：1.监测软件安装到主控计算机内；2.使用USB线连接信号监测设备并运行监测软件；3.输入信号连接至信号监测设备输入端口；4.输出端口连接用户的接收设备。

校准步骤为：

1.需准备一个标准的信号源，通过LAN与主控计算机连接，在监测软件中输入对应IP地址后，点击连接按钮实现与信号源通信连接；

2.设置校准频率范围、频率步进以及信号源输出功率值，点击执行校准按钮，监测软件会相应控制信号源设置频率和功率值，设置信号耦合调理单元的开关切换，同时也设置其中一个频谱模块监测相应的频点从而获取频率值和功率值；

3.最终遍历完所有的频点后，统一把校准数据写入校准数据存储单元中，为后续监测信号进行补偿，提高测试精度。

如图1所示，监测测试步骤：

1.启动监测软件，设置监测频点信息；

2.系统自动初始化监测频率起始、频率终止、扫描时间、分辨率带宽、参考电平以及开关通道等参数；

3.监测软件先读取频点信息前三个，根据频率信息控制信号耦合调理单元开关通道切换以及频谱模块监测频率范围设置，持续监测并记录测试数据，当第一个频点信号消失后，第二频点信号还存在时，第一个频谱模块的监测频点跳变到频率监测点的第4个频点；依次类推，3个频谱模块交替监测完所有的频率监测表后，再次重新开始，循环监测，直到用户点击停止按钮；

4.监测数据会以图表形式在监测过程中显示，中途监测信号频率频偏超过门限设置，监测软件会发出报警声音，提醒使用者异常告警，测试结束后，监测数据存储至Excel中，供用户处理和分析。

本实用新型通过分频方式，进行频率扩展，把监测频率上限提升至20GHz；通过功分电路，多个接收机能够同时监测多个频点。软件具备插件功能，能够提供简单直观的显示和操作、报警功能、以及用户修改参数操作。通过优化结构设计、走线布局，减小机柜尺寸和重量，实现小型化。

本实用新型优点如下：

1.通过设备内部分频模块，能够实现高达20GHz的频率监测范围。

2.内部具备3个扫频式接收机，某一时刻能够同时监测3个频点的频率和功率，并以图表显示。

3.具备监测信号报警功能。

4.能够根据用户调整数据采集、记录时间。

5.能够存储监测数据至Excel，用户后续可以进行数据处理和分析。

6.设备小型化88.5 mm（H）*212.6 mm（W）x 348.3 mm（L），方便携带。

7.内部具备耦合功能，可以耦合小部分信号进行监测，因此监测不会影响用户系统使用。

8.软件操作简单、显示直观。

9.高性价比。

10.系统高效灵活。

11.系统可靠性高。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，如图2所示，所述模数转换模块包括依次连接的信号调理电路、滤波器、模数转换器，检波器输入的电压信号通过信号调理电路进行调节电压幅度，以便模数转换器进行采样。所述信号调理电路包括相互并联的第一放大器、第二放大器、第三放大器，所述信号调理电路通过三选一开关与滤波器连接；所述第一放大器、第二放大器、第三放大器的增益G分别为1、10、100dB。

输入的电压信号通过信号调理电路放大到合适的电压幅度（针对小信号而言，大信号放大倍数为1），以便ADC进行采样。量程的切换由MCU完成，通过标准的信号源频率和功率与对应的检波器响应电压，建立函数关系来实现功率准确度的校准和标定。最终计算出被测信号的功率并通过串行总线传输。量程选择采用“逐次逼近”的方式实现，以G=1为基准，逐渐增大量程，选择合适增益，再进行采样处理。

本实施例的其他部分同实施例1，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高频率信号监测装置，其特征在于，包括信号耦合调理单元、频谱模块、模数转换模块，所述信号耦合调理单元包括定向耦合单元、检波器、分频单元、功分单元、增益可调放大器；所述定向耦合单元通过切换开关分别连接检波器、增益可调放大器，所述检波器与模数转换模块连接；所述增益可调放大器依次连接分频单元、功分单元，所述功分单元与频谱模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种高频率信号监测装置，其特征在于，当6GHz-20GHz信号通过信号耦合调理单元时，若TTL为低电平，则内部开关切换到可调增益放大器、分频单元、功分单元后，再连接到频谱模块获得信号频率值，且功率值由信号耦合调理单元功分一路信号给检波器检测电压值，最终由模数转换模块获取功率值。

3.根据权利要求1所述的一种高频率信号监测装置，其特征在于，当6GHz以内的信号通过信号耦合调理单元时，若TTL为高电平，则内部开关切换到直通通道，连接频谱模块获得信息频率值、功率值。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高频率信号监测装置，其特征在于，采用1分3功分单元把监测信号分为3路至3个频谱模块。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种高频率信号监测装置，其特征在于，所述频谱模块监测频率为1.5GHz-5GHz。

6.根据权利要求1所述的一种高频率信号监测装置，其特征在于，所述模数转换模块包括依次连接的信号调理电路、滤波器、模数转换器，检波器输入的电压信号通过信号调理电路进行调节电压幅度，以便模数转换器进行采样。

7.根据权利要求6所述的一种高频率信号监测装置，其特征在于，所述信号调理电路包括相互并联的第一放大器、第二放大器、第三放大器，所述信号调理电路通过三选一开关与滤波器连接。

8.根据权利要求7所述的一种高频率信号监测装置，其特征在于，所述第一放大器、第二放大器、第三放大器的增益G分别为1、10、100dB。

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