CN221667909U - 一种频谱仪扩展装置 - Google Patents
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Abstract
一种频谱仪扩展装置，属于频谱分析仪技术领域，解决现有超宽带频谱分析仪价格高昂，且经验做法进行频谱分析的精度低的问题；所述单刀双掷开关的切换端分别连接外部同步时钟信号与温补晶振，单刀双掷开关的公共端与频率合成器的输入端连接，频率合成器的输出端分别连接第一信号源支路的输入端与第二信号源支路的输入端，所述环形开关的切换端分别连接第一信号源支路的输出端与混频器的一个输入端，混频器的另一个输入端与第二信号源支路的输出端连接；在现有低频频谱仪的基础上通过扩展装置拓宽频谱仪的测试频率范围，节省超宽带频谱分析仪的投入成本；通过扩展装置的多重校准功能，有效提升测量结果的可参考性。
Description
技术领域
本实用新型属于频谱分析仪技术领域，涉及一种频谱仪扩展装置。
背景技术
频谱分析仪是一种射频微波领域常用的测试仪器，用于显示信号的频谱，分析特定频率范围内的信号特性，广泛应用于无线通信、电子设备测试、射频工程、音频处理等领域。常规的实验室用频谱仪普遍工作频段在3GHz以下，而工作在微波、毫米波段的设备通常需要频率范围能够达到10GHz以上，且10GHz以上的超宽频段的频谱分析仪价格昂贵，价格在几十万以上，对于一般规模的实验室使用成本太高，不适用于预算有限的项目。
因此，实验人员的经验做法是使用外置混频器和本振信号源对信号进行降频测试，频谱仪测试所得频率加上本振信号源频率即为实际测试频率。但由于混频器以及本振信号源综合后的测量频率叠加了多重干扰，只能做定性测量，使用场景受限。
实用新型内容
本实用新型的技术方案用于解决现有超宽带频谱分析仪价格高昂，且经验做法进行频谱分析的精度低的问题。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种频谱仪扩展装置，包括：信号处理单元、单板计算机、电源；所述电源分别连接单板计算机与信号处理单元，信号处理单元与单板计算机连接；
所述信号处理单元包括单刀双掷开关、频率合成器、第一信号源支路、第二信号源支路、环形开关、混频器；所述单刀双掷开关的切换端分别连接外部同步时钟信号与温补晶振，单刀双掷开关的公共端与频率合成器的输入端连接，频率合成器的输出端分别连接第一信号源支路的输入端与第二信号源支路的输入端，所述环形开关的切换端分别连接第一信号源支路的输出端与混频器的一个输入端，混频器的另一个输入端与第二信号源支路的输出端连接；
所述第一信号源支路包括：第一滤波器、第一可变增益放大器、第二滤波器、第一检波器、第一耦合器；所述第一滤波器、第一可变增益放大器、第二滤波器、第一耦合器依次串联，第一滤波器的非串联端作为第一信号源支路的输入端，第一耦合器的非串联端作为第一信号源支路的输出端；
所述第二信号源支路包括：第三滤波器、第二可变增益放大器、第四滤波器、第二检波器、第二耦合器；所述第三滤波器、第二可变增益放大器、第四滤波器、第二耦合器依次串联，第三滤波器的非串联端作为第二信号源支路的输入端，第二耦合器的非串联端作为第二信号源支路的输出端。
进一步地，所述环形开关包括单刀单掷开关；三个所述单刀单掷开关的切换端口两两相连。
进一步地，所述单板计算机的输入端分别连接第一检波器的输出端与第二检波器的输出端，单板计算机的控制端分别连接第一可变增益放大器的控制端与第二可变增益放大器的控制端。
进一步地，所述第一检波器、第二检波器为对数检波器，型号为SIPD285。
进一步地，所述频率合成器为集成VCO的超宽带频率合成芯片，型号为TW6214/6214A。
进一步地，所述第一耦合器、第二耦合器为GaAs单片集成定向耦合器，型号为IDC-021820。
进一步地，所述混频器为GaAs MMIC混频芯片，型号为IMX-0222A。
本实用新型的优点在于：本发明在于提供一种频谱仪扩展装置，可以在现有低频频谱仪的基础上通过扩展装置拓宽频谱仪的测试频率范围，节省了超宽带频谱分析仪的投入成本；通过扩展装置的多重校准功能，相较于现有外置混频器测试的手段，有效提升测量结果的可参考性；同时本申请提供的扩展装置也能够作为信号源输出使用。
附图说明
图1是本实用新型实施例的信号处理单元的结构图；
图2是本实用新型实施例的信号处理单元工作模式的示意图；
图3是本实用新型实施例的一种频谱仪扩展装置的结构图；
图中，10、单刀双掷开关；20、频率合成器；30、温补晶振；41、第一滤波器；42、第一可变增益放大器；43、第二滤波器；44、第一检波器；45、第一耦合器；51、第三滤波器；52、第二可变增益放大器；53、第四滤波器；54、第二检波器；55、第二耦合器；60、环形开关；70、混频器。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述：
实施例一
如图1至图3所示，本实用新型的一种频谱仪扩展装置，包括：信号处理单元、单板计算机、电源；所述电源分别连接单板计算机与信号处理单元，信号处理单元与单板计算机连接；所述信号处理单元包括单刀双掷开关10、频率合成器20、第一信号源支路、第二信号源支路、环形开关60、混频器70；所述单刀双掷开关10的切换端分别连接外部同步时钟信号与温补晶振30，单刀双掷开关10的公共端与频率合成器20的输入端连接，频率合成器20的输出端分别连接第一信号源支路的输入端与第二信号源支路的输入端，所述环形开关60的切换端分别连接第一信号源支路的输出端与混频器70的一个输入端，混频器70的另一个输入端与第二信号源支路的输出端连接；
如图1所示，信号处理单元通过单刀双掷开关10的选择基准信号源，单刀双掷开关10的切换端口2连接外部同步时钟信号，当单刀双掷开关10的公共端口1与切换端口2接通时，信号处理单元使用外部信号源作为基准信号源，本实施例中外部信号源可使用频谱仪的基准信号作为输入信号，使频谱仪与扩展装置时钟同步；当单刀双掷开关10的公共端口1与切换端口3接通时，信号处理单元使用装置内配置的TXCO温补晶振。经过单刀双掷开关10选通后输入信号处理单元的基准信号经过频率合成器20输出第一信号源和第二信号源，本实施例中第一信号源作为回环校准信号，经过第一信号源支路流入环形开关60的一个切换端口，第二信号源作为混频器70的本振信号，通过第二信号源支路输入混频器70。
本实施例中，所述频率合成器20为集成VCO的超宽带频率合成芯片，型号为TW6214/6214A，其基波输出频率范围为8800～19000MHz，芯片内集成输出通道分频器通过1/2/4/8/16/32/64分频，可以产生137.5MHz至19000MHz范围内的任意频率。
所述混频器70为GaAs MMIC混频芯片，型号为IMX-0222A，其RF/LO频率范围为2～22GHz。
如图1所示，所述第一信号源支路包括：第一滤波器41、第一可变增益放大器42、第二滤波器43、第一检波器44、第一耦合器45；所述第一滤波器41、第一可变增益放大器42、第二滤波器43、第一耦合器45依次串联，第一滤波器41的非串联端作为第一信号源支路的输入端，第一耦合器45的非串联端作为第一信号源支路的输出端。
所述第二信号源支路包括：第三滤波器51、第二可变增益放大器52、第四滤波器53、第二检波器54、第二耦合器55；所述第三滤波器51、第二可变增益放大器52、第四滤波器53、第二耦合器55依次串联，第三滤波器51的非串联端作为第二信号源支路的输入端，第二耦合器55的非串联端作为第二信号源支路的输出端。
本实施例中，第一信号源支路与第二信号源支路为结构相同的信号调理电路，以第一信号源支路为例进行说明，第一信号源经过第一滤波器41对第一信号源内的高次谐波进行滤除，通过第一可变增益放大器42将信号放大，再经过第二滤波器43再次对高次谐波进行滤除，提高信噪比，处理后的第一信号源经过第一耦合器45形成耦合信号，并送入第一检波器44，通过对高频信号检波，得到第一信号源的模拟电压信号，其中，第一滤波器41与第二滤波器43均为低通滤波器。
本实施例中，所述第一检波器44、第二检波器54为宽带高动态对数检波器，将RF输入信号转化为随输入功率线性变化的直流电压输出信号，型号为SIPD285，输入频率范围为0.5～18GHz，动态范围60dB，输出电压波动50mV，在宽带频率范围和高低温条件下，SIPD285输出保持良好。
所述第一耦合器45、第二耦合器55为GaAs单片集成定向耦合器，型号为IDC-021820，频率范围为2-18GHz，插入损耗0.6dB，耦合度20dB，耦合平坦度3.0dB。
如图1和图3所示，所述电源分别连接单板计算机与信号处理单元，信号处理单元与单板计算机连接。所述单板计算机的输入端分别连接第一检波器44的输出端与第二检波器54的输出端，单板计算机的控制端分别连接第一可变增益放大器42的控制端与第二可变增益放大器52的控制端。
单板计算机的输入端分别接收从第一检波器44和第二检波器54发送的模拟电压信号，分别判断此时第一信号源经过信号调理电路后的信号功率电平和第二信号源经过信号调理电路后的信号功率电平，根据测试需求，对应调节第一可变增益放大器42和第二可变增益放大器52的增益，从而调整第一信号源和第二信号源的功率电平。
如图1和图2所示，所述环形开关60包括单刀单掷开关；三个所述单刀单掷开关的切换端口两两相连。环形开关60由三个单刀单掷开关组成，将单刀单掷开关的两端两两连接形成环形开关，通过接通不同的单刀单掷开关可以实现信号处理单元不同的工作模式。
如图2所示，当环形开关的切换端2与切换端3接通时，信号处理单元处于回环模式，以第一信号源作为校准信号，第二信号源作为本振信号，经过混频器70混频后得到交调信号，输出信号至外部频谱仪；设第一信号源频率为f1，第二信号源频率为f2，混频后得到多组信号设目标输出信号为f1-f2，则其余信号为产生的IM交调信号，是非线性失真信号。拓展装置内部单板计算机通过LAN接口获取频谱仪的信号频谱，得到交调信号，通过设置第一信号源不同的功率电平，多次测量交调信号。
当环形开关的切换端1与切换端3接通时，信号处理单元处于测量模式，外部信号输入至扩展装置内的信号处理单元，从环形开关60输入混频器70，第二信号源作为本振信号，也输入混频器70，混频后输出信号至外部频谱仪；
当环形开关的切换端1与切换端2接通时，信号处理单元处于信号源模式，第一信号源直接输出，作为其他测量的信号源使用。
如图3所示，频谱仪扩展装置通过LAN接口与外部频谱仪连接，通过VGA接口与外部显示器连接，扩展装置输出信号送入频谱仪的测量输入端，外部测量信号连接拓展装置的输入输出口，即环形开关60的切换端。
工作原理：频谱仪拓展装置通过内部信号处理单元的环形开关60切换设置工作模式，当作为信号源时，将环形开关60设置为信号源模式，将频率合成的第一信号源经过信号调理电路后输出；
当作为频谱仪频率扩展使用时，先置于回环校准模式，测量混频器70的交调性能，然后设置为测量模式，外部待测试信号输入至拓展装置的信号处理单元经过混频后进入频谱仪，拓展装置的单板计算机通过LAN接口获取频谱仪测量的信号频谱，根据回环校准模式下测得的混频器70交调情况对测试数据进行修正，同时将频率补偿后修正的测量信号频谱输出到外部显示器，完成测试过程。。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种频谱仪扩展装置，其特征在于，包括：信号处理单元、单板计算机、电源；所述电源分别连接单板计算机与信号处理单元，信号处理单元与单板计算机连接；
所述信号处理单元包括单刀双掷开关(10)、频率合成器(20)、第一信号源支路、第二信号源支路、环形开关(60)、混频器(70)；所述单刀双掷开关(10)的切换端分别连接外部同步时钟信号与温补晶振(30)，单刀双掷开关(10)的公共端与频率合成器(20)的输入端连接，频率合成器(20)的输出端分别连接第一信号源支路的输入端与第二信号源支路的输入端，所述环形开关(60)的切换端分别连接第一信号源支路的输出端与混频器(70)的一个输入端，混频器(70)的另一个输入端与第二信号源支路的输出端连接；
所述第一信号源支路包括：第一滤波器(41)、第一可变增益放大器(42)、第二滤波器(43)、第一检波器(44)、第一耦合器(45)；所述第一滤波器(41)、第一可变增益放大器(42)、第二滤波器(43)、第一耦合器(45)依次串联，第一滤波器(41)的非串联端作为第一信号源支路的输入端，第一耦合器(45)的非串联端作为第一信号源支路的输出端；
所述第二信号源支路包括：第三滤波器(51)、第二可变增益放大器(52)、第四滤波器(53)、第二检波器(54)、第二耦合器(55)；所述第三滤波器(51)、第二可变增益放大器(52)、第四滤波器(53)、第二耦合器(55)依次串联，第三滤波器(51)的非串联端作为第二信号源支路的输入端，第二耦合器(55)的非串联端作为第二信号源支路的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种频谱仪扩展装置，其特征在于，所述环形开关(60)包括单刀单掷开关；三个所述单刀单掷开关的切换端口两两相连。
3.根据权利要求2所述的一种频谱仪扩展装置，其特征在于，所述单板计算机的输入端分别连接第一检波器(44)的输出端与第二检波器(54)的输出端，单板计算机的控制端分别连接第一可变增益放大器(42)的控制端与第二可变增益放大器(52)的控制端。
4.根据权利要求3所述的一种频谱仪扩展装置，其特征在于，所述第一检波器(44)、第二检波器(54)为对数检波器，型号为SIPD285。
5.根据权利要求1所述的一种频谱仪扩展装置，其特征在于，所述频率合成器(20)为集成VCO的超宽带频率合成芯片，型号为TW6214/6214A。
6.根据权利要求1所述的一种频谱仪扩展装置，其特征在于，所述第一耦合器(45)、第二耦合器(55)为GaAs单片集成定向耦合器，型号为IDC-021820。
7.根据权利要求1所述的一种频谱仪扩展装置，其特征在于，所述混频器(70)为GaAsMMIC混频芯片，型号为IMX-0222A。
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