一種頻域快速掃描測量的裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種頻域快速掃描測量的裝置，利用數字中頻處理方法，通過鎖相掃頻本振與數字快掃相結合方式，提高了頻域測量的精準度。在實際配置中，通過控制器發送掃描控制命令，實現了射頻前端模塊與數字中頻處理模塊的同步，同時在數字中頻處理模塊中添加了數字快掃部件，使用數字快掃部件對采樣信號進行快速小步進掃描變頻處理，再經分析帶寬濾波器及檢波模塊提取幅相信息，這樣利用數字技術的快速優點將大部分的掃描處理在數字中頻處理模塊中進行，這樣大大節約了測量時間。
【專利說明】一種頻域快速掃描測量的裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于外差掃描式頻域測量【技術領域】，更為具體地講，涉及一種頻域快速掃描測量的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著無線電技術和通信技術的發展，信號的頻域分析測量逐漸成為大頻段范圍信號分析的重要手段。其中對電信號參量進行測量，往往要對信號進行頻域測量。大頻段的頻域分析測量方式通常是:將射頻信號經外差掃描變頻至中頻，再經濾波器提取對應的頻率分量，其中中頻濾波按實現方式可分為模擬式和數字式兩種，其主要區別在于中頻部分分別采用了模擬中頻或數字中頻技術實現。模擬中頻技術使用了模擬濾波器作為帶寬濾波器，濾波器輸出穩定需要一段響應時間，而隨著濾波器帶寬變窄，穩定時間會變長，所以在分析帶寬較小時其所要求的響應時間就變得很長，從而造成了頻域測量的掃描時間過長，測試效率低下，而數字中頻技術采用數字濾波器技術可以較好地克服這個穩定時間較長的問題。
[0003]圖1是傳統的外差式頻域測量裝置的結構框圖。
[0004]如圖1所示，目前一般的外差掃描式頻域測量裝置通過本振掃描混頻的方式得到中頻信號再分析，依次獲取被測信號不同頻率分量的幅相信息。被測信號通過低通濾波器，與一個來自本地振蕩器LO的信號進行混頻，也就是進行頻譜搬移得到中頻信號，如果混頻后輸出的中頻信號的頻率落在分析帶寬濾波器的帶通范圍內，那么該信號將通過分析帶寬濾波器，經過后續的檢波處理后輸出顯示。外差掃描式頻域測量裝置對被測信號的選擇是按時間順序進行的，是一個掃描調諧的過程，所以在某一瞬間只能執行一個頻率點的信號掃頻，掃描發生器發送掃描命令逐點實現掃寬內的全部頻點掃描，其中分析帶寬是頻域測量的一項重要指標，通常是指分析帶寬濾波器的3dB帶寬，它表征了頻域測量裝置區分兩個相同幅度，不同頻率信號的能力。為達較高分辨力測試，射頻前端在極細步進的頻點上變頻處理，對于以模擬器件為主的掃描本振同樣需要較長的穩定時間，同樣影響測量速度，同時，由于一般測量時間有限制，在測量時間內所檢測到的步進頻點數目也就受到限制，使得測量到信號幅值與頻率精度同樣受到限制。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種頻域快速掃描測量的裝置，利用數字中頻處理方法，通過鎖相掃頻本振與數字快掃相結合方式，具有頻域測量精度高、測量時間短的特點。
[0006]為實現上述發明目的，本發明
[0007]—種頻域快速掃描測量的裝置，其特征在于包括:一射頻前端模塊、一中頻采樣器、一控制器和一數字中頻處理模塊；
[0008]所述的射頻前端模塊包括:一射頻通道、一鎖相掃頻本振模塊、一變頻模塊和一射頻前端濾波模塊；所述的數字中頻處理模塊包括:一數字快掃部件、一分析帶寬濾波器及檢波模塊；
[0009]射頻信號RF經射頻通道輸入到變頻模塊，與鎖相掃頻本振模塊產生的本振信號經混頻處理后輸入到射頻前端濾波模塊，射頻前端濾波模塊再進行濾波處理得到中頻信號;
[0010]射頻前端模塊輸出的中頻信號經過中頻采樣器采樣處理后得到中頻數據，再將中頻數據輸入到數字中頻處理模塊，數字中頻處理模塊中的數字快掃部件在掃描寬度內按照掃頻步進調諧輸出數字正交信號，并與中頻采樣器輸出的采樣信號進行快掃式下變頻處理，得到基帶信號；
[0011]裝置啟動時，控制器向鎖相掃頻本振模塊發送第一個掃頻點命令，鎖相掃頻本振模塊在接收到控制器發送的該掃頻點命令后生成第一個頻點的本振信號；在第一個掃頻點命令發送后，延遲時間Tl，Tl為鎖相掃頻本振模塊產生一個本振信號與射頻輸入信號進行混頻處理所需要的穩定時間，控制器再向數字快掃部件發送第一個快掃點命令，數字快掃部件接收到控制器發送的該命令后生成第一個快掃點的數字正交信號；在第一個快掃點命令發送后，延遲時間T2，T2為數字快掃部件產生的數字正交信號與中頻采樣器輸出的采樣信號進行快掃式下變頻處理所需要的穩定時間，控制器向分析帶寬濾波器及檢波模塊發送數字濾波和檢波命令，當分析帶寬濾波器及檢波模塊收到該數字濾波和檢波命令后，對基帶信號進行數字濾波和檢波并輸出該點的幅相數據；
[0012]在第一個快掃點的數字濾波和檢波完成后，控制器繼續向數字快掃部件發送下一個快掃點命令，并依次執行與第一個快掃點的相同處理，直到最后一個快掃點，完成射頻前端模塊的第一個掃頻點掃描；
[0013]控制器繼續向射頻前端發送下一個掃頻點命令，并依次執行與第一個掃頻點的相同處理，直到最后一個掃頻點，完成一次頻域掃描進程。
[0014]進一步地，所述的射頻前端模塊的掃頻步進為射頻前端濾波模塊通帶寬度的1/L，L的取值滿足射頻前端模塊能夠捕捉到被測信號。
[0015]所述的變頻模塊處理所需的穩定時間為Ta，數字快掃部件處理所需的穩定時間為Tb，Ta和Tb之差大于100倍。
[0016]所述的數字快掃部件的掃頻步進為分析帶寬的1/K，K的取值滿足分析帶寬濾波器可以覆蓋的整個掃頻寬度。
[0017]所述的數字快掃部件的掃頻寬度與射頻前端模塊的掃頻步進相同或掃頻步進的整數倍。
[0018]所述的數字快掃部件采用基于查表法的數字頻率合成器技術，數字頻率合成器的查找表存儲正弦曲線采樣值，精度到達0.00001Hz或更高。
[0019]本發明的發明目的是這樣實現的:
[0020]本發明頻域快速掃描測量的裝置，利用數字中頻處理方法，通過鎖相掃頻本振與數字快掃相結合方式，提高了頻域測量的精準度。在實際配置中，通過控制器發送掃描控制命令，實現了射頻前端模塊與數字中頻處理模塊的同步，同時在數字中頻處理模塊中添加了數字快掃部件，使用數字快掃部件對采樣信號進行快速小步進掃描變頻處理，再經分析帶寬濾波器及檢波模塊提取幅相信息，這樣利用數字技術的快速優點將大部分的掃描處理在數字中頻處理模塊中進行，這樣大大節約了測量時間。
[0021]同時，本發明頻域快速掃描測量的裝置還具有以下有益效果:
[0022]利用數字中頻技術，對輸入信號進行鎖相本振掃頻處理和數字快掃處理相結合，這樣利用數字技術的快速優點將大部分的掃描處理放在數字快掃部件中進行，在同等的掃描精度下可以大大的縮短掃描測量時間，在同等的掃描時間內可以檢獲更多的測量樣點，因此，可以顯著提高頻域測量的頻率及幅度精度；
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是傳統的外差式頻域測量裝置的結構框圖；
[0024]圖2是本發明頻域快速掃描測量的裝置的結構框圖；
[0025]圖3是射頻前端模塊與數字中頻處理模塊的掃描進程示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0027]實施例
[0028]圖2是本發明頻域快速掃描測量的裝置的結構框圖。
[0029]在本實施例中，如圖2所示，本發明頻域快速掃描測量的裝置包括:一射頻前端模塊1、一中頻采樣器2、一控制器3和一數字中頻處理模塊4 ；
[0030]所述的射頻前端模塊I包括:一射頻通道、一鎖相掃頻本振模塊、一變頻模塊和一射頻前端濾波模塊；所述的數字中頻處理模塊4包括:一數字快掃部件、一分析帶寬濾波器及檢波模塊；
[0031]射頻信號RF經射頻通道輸入到變頻模塊，與鎖相掃頻本振模塊產生的本振信號經混頻處理后輸入到射頻前端濾波模塊，射頻前端濾波模塊再進行濾波處理得到中頻信號;
[0032]射頻前端模塊I輸出的中頻信號經過中頻采樣器2采樣處理后得到中頻數據，再將中頻數據輸入到數字中頻處理模塊4，數字中頻處理模塊4中的數字快掃部件在掃描寬度內按照掃頻步進調諧輸出數字正交信號，與中頻采樣器2輸出的采樣信號進行快式下變頻處理，得到基帶信號；控制器3負責發送掃描控制命令，對射頻前端模塊I和數字中頻處理模塊4實現同步，再利用數字中頻處理模塊4中的分析帶寬濾波器及檢波模塊對基帶信號進行數字濾波和檢波并輸出幅相數據，完成頻域的掃描進程。
[0033]圖3是射頻前端模塊與數字中頻處理模塊的掃描進程示意圖。
[0034]在本實施例中，射頻前端濾波模塊采用中心頻率為IF&e=10MHz，通帶寬帶BffEF=20MHz的帶通濾波器，用于消除鏡像頻率和系統雜散響應。如圖3所示，在射頻前端掃頻步進RFStep內，以掃描寬度B為3GHz，掃描起始頻率RFstart為100MHz，掃描終止頻率RFEnd為3.1GHz，分析帶寬BWif為IOkHz，為了滿足分析帶寬濾波器可以覆蓋的整個掃頻寬度，數字快掃部件的步進IFStep為分析帶寬BWif的五分之一，即K=5，則數字快掃部件的步進IFStep=2KHz ;數字快掃部件進行小步進的頻率掃描處理，處理步驟為:[0035]I)、根據射頻前端濾波模塊中濾波器的通帶寬度BWkf=20MHz來確定射頻前端模塊的掃頻步進RFStep ；RFStep等于射頻前端濾波模塊的通帶寬度BWkf的二分之一，即L=2，則射頻前端模塊的掃頻步進RFStep=IOMHz ;這樣確保了射頻前端模塊能完整地捕獲到被測信號，使得頻譜搬移后輸出的中頻信號落入前端濾波模塊通帶范圍內，保證了信號頻帶的完整性；
[0036]2)、根據射頻前端模塊的掃描起始頻率RFstart=IOOMHz和射頻前端掃頻步進RFStep=IOMHz,控制器向鎖相掃頻本振模塊發送第一個掃頻點命令，鎖相掃頻本振模塊在接收到控制器發送的該掃頻點命令后生成第一個頻點IOOMHz本振信號；生成的第一個頻點IOOMHz的本振信號與輸入信號進行變頻處理后輸入到射頻前端濾波模塊，再通過射頻前端濾波模塊濾波后輸出到中頻模塊進行中頻處理；
[0037]3)、控制器向鎖相掃頻本振模塊發送第一個掃頻點命令后，延遲一個時間段Tl，Tl為鎖相掃頻本振模塊產生一個本振信號與射頻輸入信號進行混頻處理所需要的穩定時間，大小為10us，等待射頻前端模塊輸出的中頻信號穩定后，控制器向數字快掃部件發送第一個快掃點命令，數字快掃部件接收到控制器發送的命令后產生第一個快掃點的數字正交信號，并與中頻采樣器輸出的采樣信號進行快掃式下變頻處理，得到基帶信號；其中，數字快掃部件的掃描寬度IFSpan選取與射頻前端的掃頻步進RFStep —致或掃頻步進的整數倍，本實施例中，IFSpan=IOMHz ;則第一個快掃點的頻率值IFStart=IFfte — IFSpan/2,本實施例中，帶通濾波器的中心頻率IF&e=10MHz，即中頻信號的中心頻率為10MHz，則數字快掃部件掃描的起始頻率IFStart=5MHz,終止頻率IFEnd=15MHz,那么IFStart=IFfte —IFSpan/2=10MHz-10MHz/2=5MHz ；
[0038]4)、控制器向數字快掃部件發送第一個快掃點命令后，延遲一個時間段T2，T2為數字快掃部件產生的數字正交信號與中頻采樣器輸出的采樣信號進行快掃式下變頻處理所需要的穩定時間，大小為IOOns ;等待數字快掃部件的第一個快掃頻點掃描處理結束后，控制器向分析帶寬濾波器及檢波模塊發送數字濾波和檢波命令，當分析帶寬濾波器及檢波模塊收到數字濾波和檢波命令后，對基帶信號進行數字濾波和檢波并輸出該點的幅相數據；
[0039]5)、控制器發送數字濾波和檢波命令完成后，繼續向數字快掃部件發送第二個快掃點命令，數字快掃部件的掃頻步進IFStep=2KHz，數字快掃部件接收到控制器命令后產生第二個快掃點頻率值IFSeCond=IFStart+IFSt印，生成數字正交信號，與中頻采樣器輸出的采樣信號進行快掃式下變頻處理，得到基帶信號；并依次執行與第一個快掃點的相同處理，直到最后一個快掃點IFEnd=IFfte + IFSpan/2=10MHz+10MHz/2=15MHz ;其中，下一個快掃點IFNext與當前快掃點IFPre的關系為IFNext=IFPre + IFSt印，射頻前端的第一個頻點掃描進程結束；
[0040]6)、控制器繼續向射頻前端模塊發送第二個掃頻點命令，射頻前端模塊的第二個頻點值RFSeCond=RFStart+RFSt印，大小為110MHz，射頻前端接收到控制器命令后開始產生第二個頻點IlOMHz的本振信號與輸入信號進行變頻處理，并依次執行與第一個掃頻點的相同處理，直到最后一個掃頻點RFEnd=3.1GHz ;其中，下一個射頻掃頻頻點RFNext與當前射頻掃頻頻點RFPre的關系為RFNext=RFPre + RFSt印，完成一次頻域掃描進程。
[0041 ] 本實施例中，數字快掃部件的掃頻步進IFStep=2kHz，在B=3G的掃描寬度就需要產生1500000個快掃點與輸入信號進行逐點掃描調諧。若使用傳統的外差掃描式頻域測量裝置，對輸入信號的頻率掃描處理都在射頻前端進行，所需要的掃描時間TIMEkf=1500000*10uS=15S ;本發明采用鎖相掃頻本振與數字快掃相結合方式，在射頻前端需要處理的掃頻點數RFnumbe,=3000/10=300，射頻前端需要的穩定時間HMEl=300*10uS=3mS，數字快掃部件需要處理的快掃點數1500000，數字快掃部件需要的穩定時間為HME2=1500000*100ns=150ms，本發明的快速掃描測量裝置總共所需要的掃描時間HMESwe印=HMEl+HME2=153ms，在同等的設置下相比傳統的外差掃描式頻域測量裝置，大大的縮短了掃描時間。
[0042]盡管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本【技術領域】的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于【具體實施方式】的范圍，對本【技術領域】的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【權利要求】
1.一種頻域快速掃描測量的裝置，其特征在于包括:一射頻前端模塊、一中頻采樣器、一控制器和一數字中頻處理模塊； 所述的射頻前端模塊包括:一射頻通道、一鎖相掃頻本振模塊、一變頻模塊和一射頻前端濾波模塊；所述的數字中頻處理模塊包括:一數字快掃部件、一分析帶寬濾波器及檢波模塊； 射頻信號RF經射頻通道輸入到變頻模塊，與鎖相掃頻本振模塊產生的本振信號經混頻處理后輸入到射頻前端濾波模塊，射頻前端濾波模塊再進行濾波處理得到中頻信號； 射頻前端模塊輸出的中頻信號經過中頻采樣器采樣處理后得到中頻數據，再將中頻數據輸入到數字中頻處理模塊，數字中頻處理模塊中的數字快掃部件在掃描寬度內按照掃頻步進調諧輸出數字正交信號，并與中頻采樣器輸出的采樣信號進行快掃式下變頻處理，得到基帶信號； 裝置啟動時，控制器向鎖相掃頻本振模塊發送第一個掃頻點命令，鎖相掃頻本振模塊在接收到控制器發送的該掃頻點命令后生成第一個頻點的本振信號；在第一個掃頻點命令發送后，延遲時間Tl，Tl為鎖相掃頻本振模塊產生一個本振信號與射頻輸入信號進行混頻處理所需要的穩定時間，控制器再向數字快掃部件發送第一個快掃點命令，數字快掃部件接收到控制器發送的該命令后生成第一個快掃點的數字正交信號；在第一個快掃點命令發送后，延遲時間T2，T2為數字快掃部件產生的數字正交信號與中頻采樣器輸出的采樣信號進行快掃式下變頻處理所需要的穩定時間，控制器向分析帶寬濾波器及檢波模塊發送數字濾波和檢波命令，當分析帶寬濾波器及檢波模塊收到該數字濾波和檢波命令后，對基帶信號進行數字濾波和檢波并輸出該點的幅相數據； 在第一個快掃點的數字濾波和檢波完成后，控制器繼續向數字快掃部件發送下一個快掃點命令，并依次執行與第一個快掃點的相同處理，直到最后一個快掃點，完成射頻前端模塊的第一個掃頻點掃描； 控制器繼續向射頻前端發送下一個掃頻點命令，并依次執行與第一個掃頻點的相同處理，直到最后一個掃頻點，完成一次頻域掃描進程。
2.根據權利要求1所述的頻域快速掃描測量的裝置，其特征在于，所述的射頻前端模塊的掃頻步進為射頻前端濾波模塊通帶寬度的1/L，L的取值滿足射頻前端模塊能夠捕捉到被測信號。
3.根據權利要求1所述的頻域快速掃描測量的裝置，其特征在于，所述的變頻模塊處理所需的穩定時間為Ta，數字快掃部件處理所需的穩定時間為Tb，Ta和Tb之差大于100倍。
4.根據權利要求1所述的頻域快速掃描測量的裝置，其特征在于，所述的數字快掃部件的掃頻步進為分析帶寬的1/K，K的取值滿足分析帶寬濾波器可以覆蓋的整個掃頻寬度。
5.根據權利要求1所述的頻域快速掃描測量的裝置，其特征在于，所述的數字快掃部件的掃頻寬度與射頻前端模塊的掃頻步進相同或掃頻步進的整數倍。
6.根據權利要求1所述的頻域快速掃描測量的裝置，其特征在于，所述的數字快掃部件采用基于查表法的數字頻率合成器技術，數字頻率合成器的查找表存儲正弦曲線采樣值，精度到達0.00001Hz或更高。
【文檔編號】G01R23/165GK103941092SQ201410135616
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】王志剛, 張波, 朱桂兵, 劉文彬, 羅光坤 申請人:電子科技大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
