專利名稱：利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通訊測(cè)試領(lǐng)域，尤其是射頻頻譜分析儀射頻信號(hào)下變頻的系統(tǒng)，具體為利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的射頻頻譜分析儀在對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻處理時(shí)，基本上都是采取超外差技術(shù)，“外差”即是頻譜搬移，一定范圍的射頻輸入信號(hào)分別與幾級(jí)本振混頻之后，得到一個(gè)固定頻率的模擬中頻信號(hào)，這個(gè)固定的模擬中頻通常為十幾兆至幾十兆，便于滿足ADC采樣以及后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理的要求，中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化后完成相應(yīng)的頻譜分析。而實(shí)現(xiàn)射頻下變頻一般有兩種方法一是采用高低兩個(gè)波段來(lái)實(shí)現(xiàn)下變頻，低波段采用高中頻的方案，高波段采用往下混頻至低中頻的方式，這種方式第一本振起始頻率低，覆蓋范圍也不需要達(dá)到射頻輸入范圍，但是這種方案明顯的缺點(diǎn)在于當(dāng)工作于高波段時(shí)，帶通濾波器的 實(shí)現(xiàn)以及全頻段切換顯得復(fù)雜，并影響整體掃描時(shí)間；二是全高中頻的實(shí)現(xiàn)方式，即第一中頻的選擇高于射頻輸入信號(hào)范圍的上限，因此第一本振的起始頻率為第一中頻，覆蓋范圍為射頻信號(hào)輸入范圍，第一本振鎖相環(huán)路的鑒相頻率一般只有十兆至幾十兆，這樣限制了鎖相環(huán)路的帶寬，而第一本振的相位噪聲直接決定了頻譜儀的相位噪聲指標(biāo)，如果使用一次倍頻程的寬帶本振，受本振相位噪聲的限制，帶寬外的相位噪聲則很難達(dá)到要求，所以一般把寬帶本振分解為幾個(gè)窄帶本振，如圖I所示，以提高相位噪聲指標(biāo)，但是這種方式帶來(lái)的缺點(diǎn)是幾個(gè)窄帶本振的切換控制復(fù)雜，同樣影響掃描速度。

發(fā)明內(nèi)容
所要解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)以上問(wèn)題本發(fā)明提供了一種利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，通過(guò)提高鑒相頻率，寬帶本振一次掃描完成全掃寬覆蓋，解決傳統(tǒng)的下變頻方法控制復(fù)雜、掃描速度慢的問(wèn)題，并能夠提高整機(jī)相位噪聲等指標(biāo)。技術(shù)方案針對(duì)以上不足本發(fā)明提供了一種利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，包括第一濾波器、第一混頻器、第一本振、第二混頻器、第二濾波器、第二本振、第三混頻器、第三濾波器、第三本振、數(shù)字中頻；射頻信號(hào)進(jìn)入射頻前端通道后經(jīng)過(guò)第一濾波器濾除鏡像頻率，送至第一混頻器并與第一本振混頻產(chǎn)生第一中頻，第一中頻經(jīng)過(guò)第二濾波器的濾波后送至第二混頻器并與第二本振混頻后產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過(guò)第三濾波器濾波處理后送至第三混頻器并與第三本振混頻后產(chǎn)生第三中頻，完成射頻下變頻后，第三中頻輸出至數(shù)字中頻處理部分完成相應(yīng)的頻譜分析，其特征在于所述的第一本振采用寬帶本振方式，并且在第一本振鎖相環(huán)中采用高頻鑒相。所述的第一本振鎖相環(huán)由寬帶壓控振蕩器、分頻器、高頻鑒相器、高頻鑒相參考以及環(huán)路濾波器組成；寬帶壓控振蕩器經(jīng)過(guò)分頻器分頻后在高頻鑒相器中與高頻鑒相參考鑒相，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器積分、濾波后輸出誤差電壓并反饋至寬帶壓控振蕩器。所述的寬帶壓控振蕩器作為第一本振鎖相環(huán)中的振蕩器。
所述的第一本振鎖相環(huán)的高頻鑒相參考選用OCXO “恒溫晶體振蕩器”。所述的環(huán)路濾波器采用輸出電壓范圍超過(guò)二十伏的多階有源環(huán)路濾波器。所述的第一本振鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬為200kHz。所述的所述的第一濾波器、第二濾波器、第三濾波器為低通濾波器。所述的第一中頻為4000MHz的高中頻。所述的第一本振鎖相環(huán)的輸出由基于ARM的控制系統(tǒng)來(lái)控制。所述的基于ARM的控制系統(tǒng)先設(shè)置好中心頻率、掃頻寬度參數(shù)后，ARM控制系統(tǒng)根據(jù)這些設(shè)置參數(shù)，再結(jié)合實(shí)現(xiàn)射頻下變頻的調(diào)諧方式，計(jì)算出第一本振應(yīng)該輸出的頻率“根據(jù)調(diào)諧方式，第一本振輸出頻率為射頻輸入頻率加上第一中頻后的頻率”，然后根據(jù)第一本振輸出頻率以及所采用的鑒相參考頻率，計(jì)算出第一本振的分頻比“分頻比即計(jì)算所 得第一本振頻率除以鑒相參考頻率所得”，分頻比轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)后由基于ARM的控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)送給射頻前端模塊，射頻前端模塊中的CPLD “可編程邏輯器件”接收到上層發(fā)送下來(lái)的串行數(shù)據(jù)后，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給第一本振的分頻器；通過(guò)鎖相環(huán)控制，第一本振鎖相環(huán)路輸出相應(yīng)的頻率，并根據(jù)相應(yīng)的設(shè)置完成射頻下變頻。有益效果①由于第一本振選擇一次性調(diào)諧覆蓋射頻輸入范圍的寬帶本振，不需要分成幾個(gè)窄帶本振通過(guò)切換實(shí)現(xiàn)全頻段掃描，簡(jiǎn)化了控制過(guò)程，同時(shí)解決了由控制切換過(guò)程所帶來(lái)的增加掃描時(shí)間的問(wèn)題，由于只用一個(gè)寬帶的本振，使得電路設(shè)計(jì)上也得到了簡(jiǎn)化，為射頻前端的小型化創(chuàng)造了條件；②第一本振鎖相環(huán)輸出的相位噪聲，在環(huán)路帶寬內(nèi)由參考頻率的相位噪聲起主導(dǎo)作用，環(huán)路帶寬以外以壓控振蕩器的相位噪聲為主導(dǎo)，而寬帶壓控振蕩器在近旁的相位噪聲不夠理想，在提高了第一本振鑒相頻率后，環(huán)路帶寬設(shè)計(jì)增大，寬帶本振的近旁相位噪聲對(duì)環(huán)路輸出的相位噪聲影響減小，從而使得鎖相環(huán)輸出信號(hào)的近旁和遠(yuǎn)端的相位噪聲都得到保證，從而提高了整機(jī)的相位噪聲指標(biāo)。


圖I :幾個(gè)窄帶本振構(gòu)成第一本振的原理框 圖2 :利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)下變頻的原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。如圖2所示，利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，包括第一濾波器、第一混頻器、第一本振、第二混頻器、第二濾波器、第二本振、第三混頻器、第三濾波器、第三本振、數(shù)字中頻；所述第一濾波器、第二濾波器、第三濾波器為低通濾波器。三級(jí)本振與三級(jí)混頻器組成三級(jí)下變頻通道，為了抑制鏡像頻率，9kHZ-3000MHZ的射頻信號(hào)進(jìn)入射頻前端通道后經(jīng)過(guò)第一濾波器濾除鏡像頻率，送至第一混頻器并與第一本振混頻產(chǎn)生第一中頻，第一中頻為4000MHz左右的高中頻，第一中頻經(jīng)過(guò)第二濾波器的濾波后送至第二混頻器并與第二本振混頻后產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過(guò)第三濾波器濾波處理后送至第三混頻器并與第三本振混頻后產(chǎn)生第三中頻，完成射頻下變頻后，第三中頻輸出至數(shù)字中頻處理部分完成相應(yīng)的頻譜分析。所述的第一本振采用寬帶本振的方式，并且在第一本振鎖相環(huán)中采用高頻鑒相。
所述的第一本振鎖相環(huán)由寬帶壓控振蕩器、分頻器、高頻鑒相器、高頻鑒相參考以及環(huán)路濾波器組成；寬帶壓控振蕩器經(jīng)過(guò)分頻器分頻后在高頻鑒相器中與高頻鑒相參考鑒相，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器積分、濾波后輸出誤差電壓并反饋至寬帶壓控振蕩器。所述的寬帶壓控振蕩器作為第一本振鎖相環(huán)中的振蕩器，由于采用高中頻的方案，高中頻選取為4000MHz左右，并且射頻輸入信號(hào)范圍為9kHz-3000MHz，第一本振調(diào)諧范圍從第一中頻開(kāi)始，連續(xù)調(diào)諧覆蓋整個(gè)射頻信號(hào)輸入范圍，不需要分成幾段通過(guò)切換完成覆蓋。因此第一本振鎖相環(huán)中的寬帶壓控振蕩器至少覆蓋4000MHz至7000MHz這個(gè)范圍，本發(fā)明選擇振蕩范圍為4000MHz至8000MHz的寬帶壓控振蕩器以滿足條件。本發(fā)明將第一本振鎖相環(huán)中的高頻鑒相器參考頻率提高至100MHz，選擇振蕩頻率為IOOMHz的OCXO “恒溫晶體振蕩器”作為第一本振鎖相環(huán)的高頻鑒相參考，恒溫晶體 振蕩器具有穩(wěn)定度高、相位噪聲指標(biāo)很好的特點(diǎn)，在偏移IKHz的位置，相位噪聲可以達(dá)到-145dBc以上，在偏移IOKHz的位置，相位噪聲可以達(dá)到_155dBc以上。第一本振鎖相環(huán)通過(guò)高頻鑒相保證了第一本振輸出頻率的近旁相位噪聲指標(biāo)。第一本振鎖相環(huán)采用寬帶鎖相的方式，由于第一本振鎖相環(huán)環(huán)路中高頻鑒相器的鑒相參考頻率由IOOMHz的恒溫晶振提供，在鎖相環(huán)鑒相參考頻率得到大幅提聞的條件下，給第一本振鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬的提高提供了先決條件，本發(fā)明設(shè)計(jì)第一本振鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬為200kHz左右，由于作為第一本振的壓控振蕩器調(diào)諧范圍很寬，調(diào)諧電壓范圍高至20多伏，第一本振的環(huán)路濾波器采用輸出電壓范圍超過(guò)二十伏的多階有源環(huán)路濾波器，結(jié)合環(huán)路中壓控振蕩器的壓控增益、高頻鑒相器鑒相電流等參數(shù)，通過(guò)設(shè)置環(huán)路濾波器的參數(shù)，將第一本振鎖相環(huán)環(huán)路帶寬設(shè)置為200kHz左右。由于鎖相環(huán)環(huán)路輸出頻率的相位噪聲在環(huán)路帶寬內(nèi)主要由高頻鑒相參考的相噪特性決定，而在環(huán)路帶寬外主要由寬帶壓控振蕩器決定，而本發(fā)明所選的寬帶壓控振蕩器在偏離載波200kHz以外(環(huán)路帶寬外)的相位噪聲很好，因此，寬帶鎖相保證了第一本振輸出頻率的遠(yuǎn)端相位噪聲指標(biāo)。利用寬帶本振和高頻鑒相，并且采取寬帶鎖相的方式，既保證了第一本振的近旁相位噪聲，又保證了遠(yuǎn)端的相位噪聲，從而提高了頻譜儀整機(jī)的相位噪聲指標(biāo)；同時(shí)在增大環(huán)路帶寬的條件下縮短了第一本振鎖相環(huán)環(huán)路的鎖定時(shí)間，從而提高了整機(jī)的速度。第一本振鎖相環(huán)的輸出由基于ARM的控制系統(tǒng)來(lái)控制，實(shí)際上是通過(guò)控制寬帶壓控振蕩器在分頻器中的分頻比來(lái)實(shí)現(xiàn)第一本振的輸出頻率，第一本振的輸出頻率為分頻比與鑒相參考頻率的乘積，由于采用的是連續(xù)調(diào)諧的寬帶本振，只需要改變第一本振的分頻比就能改變第一本振的輸出頻率，而不需要其他的控制指令。在對(duì)頻譜儀整機(jī)設(shè)置好中心頻率、掃頻寬度等參數(shù)后，ARM控制系統(tǒng)根據(jù)這些設(shè)置參數(shù)，再結(jié)合實(shí)現(xiàn)射頻下變頻的調(diào)諧方式，計(jì)算出第一本振應(yīng)該輸出的頻率(根據(jù)調(diào)諧方式，第一本振輸出頻率為射頻輸入頻率加上第一中頻后的頻率)，然后根據(jù)第一本振輸出頻率以及所采用的鑒相參考頻率，計(jì)算出第一本振的分頻比(分頻比即計(jì)算所得第一本振頻率除以鑒相參考頻率所得)，分頻比轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)后由基于ARM的控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)送給射頻前端模塊，射頻前端模塊中的CPLD “可編程邏輯器件”接收到上層發(fā)送下來(lái)的串行數(shù)據(jù)后，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給第一本振的分頻器。通過(guò)鎖相環(huán)控制，第一本振鎖相環(huán)路輸出相應(yīng)的頻率，并根據(jù)相應(yīng)的設(shè)置完成射頻下變頻。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不限制于本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何 修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，包括第一濾波器、第一混頻器、第一本振、第二混頻器、第二濾波器、第二本振、第三混頻器、第三濾波器、第三本振、數(shù)字中頻；射頻信號(hào)進(jìn)入射頻前端通道后經(jīng)過(guò)第一濾波器濾除鏡像頻率，送至第一混頻器并與第一本振混頻產(chǎn)生第一中頻，第一中頻經(jīng)過(guò)第二濾波器的濾波后送至第二混頻器并與第二本振混頻后產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過(guò)第三濾波器濾波處理后送至第三混頻器并與第三本振混頻后產(chǎn)生第三中頻，完成射頻下變頻后，第三中頻輸出至數(shù)字中頻處理部分完成相應(yīng)的頻譜分析，其特征在于所述的第一本振采用寬帶本振方式，并且在第一本振鎖相環(huán)中采用高頻鑒相。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的第一本振鎖相環(huán)由寬帶壓控振蕩器、分頻器、高頻鑒相器、高頻鑒相參考以及環(huán)路濾波器組成；寬帶壓控振蕩器經(jīng)過(guò)分頻器分頻后在高頻鑒相器中與高頻鑒相參考鑒相，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器積分、濾波后輸出誤差電壓并反饋至寬帶壓控振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的寬帶壓控振蕩器作為第一本振鎖相環(huán)中的振蕩器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的第一本振鎖相環(huán)的高頻鑒相參考選用OCXO “恒溫晶體振蕩器”。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的環(huán)路濾波器采用輸出電壓范圍超過(guò)二十伏的多階有源環(huán)路濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的第一本振鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬為200kHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的第一濾波器、第二濾波器、第三濾波器為低通濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的第一中頻為4000MHz的高中頻。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的第一本振鎖相環(huán)的輸出由基于ARM的控制系統(tǒng)來(lái)控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，其特征在于所述的基于ARM的控制系統(tǒng)先設(shè)直好中心頻率、掃頻覽度參數(shù)后，ARM控制系統(tǒng)根據(jù)這些設(shè)置參數(shù)，再結(jié)合實(shí)現(xiàn)射頻下變頻的調(diào)諧方式，計(jì)算出第一本振應(yīng)該輸出的頻率“根據(jù)調(diào)諧方式，第一本振輸出頻率為射頻輸入頻率加上第一中頻后的頻率”，然后根據(jù)第一本振輸出頻率以及所采用的鑒相參考頻率，計(jì)算出第一本振的分頻比“分頻比即計(jì)算所得第一本振頻率除以鑒相參考頻率所得”，分頻比轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)后由基于ARM的控制系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)總線發(fā)送給射頻前端模塊，射頻前端模塊中的CPLD “可編程邏輯器件”接收到上層發(fā)送下來(lái)的串行數(shù)據(jù)后，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給第一本振的分頻器；通過(guò)鎖相環(huán)控制，第一本振鎖相環(huán)路輸出相應(yīng)的頻率，并根據(jù)相應(yīng)的設(shè)置完成射頻下變頻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用寬帶本振和高頻鑒相實(shí)現(xiàn)頻譜儀下變頻的系統(tǒng)，包括第一濾波器、第一混頻器、第一本振、第二混頻器、第二濾波器、第二本振、第三混頻器、第三濾波器、第三本振、數(shù)字中頻；射頻信號(hào)進(jìn)入射頻前端通道后經(jīng)過(guò)第一濾波器濾除鏡像頻率，送至第一混頻器并與第一本振混頻產(chǎn)生第一中頻，第一中頻經(jīng)過(guò)第二濾波器的濾波后送至第二混頻器并與第二本振混頻后產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過(guò)第三濾波器濾波處理后送至第三混頻器并與第三本振混頻后產(chǎn)生第三中頻，完成射頻下變頻后，第三中頻輸出至數(shù)字中頻處理部分完成相應(yīng)的頻譜分析，所述的第一本振采用寬帶本振方式，并且在第一本振鎖相環(huán)中采用高頻鑒相。
文檔編號(hào)H03L7/08GK102970030SQ20121042864
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者鐘景華, 俞菲菲 申請(qǐng)人:南京國(guó)睿安泰信科技股份有限公司