專利名稱：逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻譜分析儀領(lǐng)域，尤其是射頻頻譜分析儀全頻段掃描的系統(tǒng)，具體為利用逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著各個領(lǐng)域不同場合對利用頻譜分析儀測試要求的不斷提高，頻譜分析儀的本振技術(shù)已經(jīng)逐步成為衡量頻譜儀整機性能高低的關(guān)鍵技術(shù)之一，過去到現(xiàn)在的頻譜分析儀一般都采用超外差的技術(shù)，都采取掃描第一本振，固定其余本振的方式，頻譜儀整機的掃描通過第一本振的掃描來實現(xiàn)。因此第一本振的性能成為整機的關(guān)鍵。早期的頻譜分析儀的第一本振使用開放式的YIG振蕩器，頻率穩(wěn)定度較差，剩余調(diào)頻也比較大，之后發(fā)展的鎖頻式本振，頻率穩(wěn)定度和剩余調(diào)頻有所提高，目前的高性能頻譜分析儀中的本振都是使用了鎖相式合成本振，輸出信號被鎖定到穩(wěn)定度非常高的參考頻率上，參考頻率一般由TCXO(溫度補償晶體振蕩器)或者OCXO (恒溫晶體振蕩器)提供，合成本振可以達到非常小的剩余調(diào)頻。頻譜儀在設(shè)置好SPAN (掃寬寬度)和RBW (分辨率帶寬)后，也決定了一次掃描過程中的掃描點數(shù)，掃描點數(shù)決定了第一本振按多大的步進掃描，掃描點數(shù)比較少的時候，本振在掃描過程中采用每點都鎖相的方式，但是當(dāng)掃描點數(shù)增多，特別是在全頻段掃描的時候，考慮到掃描時間的因素，頻譜儀的第一本振采取的是如圖I所示的鎖定起始頻率點，或者鎖定起始點和終止點兩點，其余頻點開環(huán)掃描的方式完成掃描，掃描過程中的本振具有一定的不確定性，這種方式影響了頻譜儀整機測量的頻率準(zhǔn)確度。發(fā)明內(nèi)容
所要解決的技術(shù)問題針對以上問題本發(fā)明提供了一種利用逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)，在掃描寬度和分辨率帶寬處于任意設(shè)置的條件下，本振在掃描過程中對每個頻率點逐點鎖相掃描，提高了頻譜儀在不同掃寬下的頻率準(zhǔn)確度。
技術(shù)方案針對以上不足本發(fā)明提供了一種逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)，包括第一本振、第一混頻器、第二本振、第二混頻器、第三本振、第三混頻器、數(shù)字中頻處理模塊；其特征在于還包括第一放大器、第一濾波器、第二放大器、第二濾波器；射頻信號進入射頻通道后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)過第一放大器放大和第一濾波器濾波后由第二混頻器將其與第二本振混頻后產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過第二放大器放大和第二濾波器濾波后由第三混頻器將其與第三本振混頻后產(chǎn)生第三中頻，射頻信號經(jīng)過三級變頻完成射頻下變頻，數(shù)字中頻處理模塊用于進行數(shù)字處理。
所述的第一本振采取逐點鎖相掃描方式，即掃描全程逐點鎖相，數(shù)字中頻處理模塊對數(shù)字下變頻后的數(shù)字信號分為兩種處理方式一種是數(shù)字檢波方式；另一種是FFT “快速傅里葉變換”方式；兩種方式的選擇是根據(jù)RBW “分辨率帶寬”的設(shè)置來決定的；設(shè)置分辨率帶寬的中間值為1kHz，將頻譜儀所設(shè)置的分辨率帶寬與IKHz比較后決定第一本振逐點鎖相的步進設(shè)置方式4①當(dāng)頻譜儀所設(shè)置分辨率帶寬大于IKHz時，數(shù)字中頻處理模塊選擇采用數(shù)字檢波的方式，在數(shù)字檢波的分析模式下，掃描寬度的設(shè)置直至全頻段掃描；第一本振輸出的掃描點數(shù)是根據(jù)頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度和分辨率帶寬而得出的，在掃描寬度范圍內(nèi)的掃描點數(shù)決定了第一本振按照多大的步進值逐點輸出頻率，“掃描點數(shù)>掃描寬度+分辨率帶寬， 為了便于顯示，通常固定設(shè)置為501、1001、2001點，步進值=掃描寬度+掃描點數(shù)，且<分辨率帶寬”；②當(dāng)頻譜儀所設(shè)置分辨率帶寬小于或者等于IKHz時，數(shù)字中頻處理模塊選擇采用FFT 的方式，在FFT的分析模式下，掃描寬度的設(shè)置直至頻譜儀的最小掃描寬度IOOHz ;第一本振輸出的掃描點數(shù)是根據(jù)頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度和FFT的分析帶寬而決定的，同樣決定了在掃描寬度范圍內(nèi)第一本振按照多大的步進值逐點輸出頻率，“掃描點數(shù)=掃描寬度+FFT分析帶寬，步進值=掃描寬度+掃描點數(shù)”。
所述的第一本振的掃描方式是通過基于ARM的控制系統(tǒng)來完成的。
所述的基于ARM的控制系統(tǒng)接收到頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度、分辨率帶寬等參數(shù)后，比較所設(shè)置分辨率帶寬和中間值IKHz后，選擇采用數(shù)字檢波方式還是FFT方式。計算出第一本振輸出掃描的步進值，再根據(jù)掃描寬度、中心頻率以及掃描步進值計算出第一本振在掃描范圍內(nèi)需要輸出的起始頻率以及以步進值累加的頻率，“起始頻率=中心頻率_掃描寬度/2”，再將輸出頻率值依次轉(zhuǎn)換為第一本振中分頻器的分頻比數(shù)據(jù)，以二進制的格式通過數(shù)據(jù)總線以6MHz以上的速率依次發(fā)送給射頻前端模塊，射頻前端模塊則由CPLD“可編程邏輯器件”負(fù)責(zé)接收ARM控制系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，由于ARM控制系統(tǒng)對射頻前端的控制由一組數(shù)據(jù)總線傳送，所以在串行數(shù)據(jù)之前以地址碼加以區(qū)分射頻前端的各個功能模塊，CPLD 在接收數(shù)據(jù)前先對地址碼進行譯碼，再決定將該組數(shù)據(jù)發(fā)送給第一本振；在掃描過程中，通過對第一本振發(fā)送分頻比數(shù)據(jù)改變第一本振的輸出頻率；逐點輸出的頻率在鎖相環(huán)的作用下都處于鎖定的狀態(tài)，在全頻段掃描的狀態(tài)下，第一本振逐點鎖相完成掃描。
有益效果本發(fā)明第一本振在掃描過程中全程逐點鎖相完成掃描，在掃寬寬度增加的情況下，提高了頻譜儀的頻率準(zhǔn)確度。


圖I:掃描過程中開環(huán)掃描的原理框圖；圖2:掃描過程中逐點鎖相的原理框圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明作進一步詳細(xì)地說明。
如圖2所示，逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)，包括包括第一本振、第一混頻器、第一放大器、第一濾波器、第二本振、第二混頻器、第二放大器、第二濾波器、第三本振、第三混頻器、數(shù)字中頻處理模塊；射頻信號進入射頻通道后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)過第一放大器放大和第一濾波器濾波后由第二混頻器將其與第二本振混頻后產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過第二放大器放大和第二濾波器濾波后由第三混頻器將其與第三本振混頻后產(chǎn)生第三中頻，射頻信號經(jīng)過三級變頻完成射頻下變頻，數(shù)字中頻處理模塊用于進行數(shù)字處理。
第三中頻在數(shù)字中頻處理模塊經(jīng)過ADC采樣數(shù)字化、數(shù)字下變頻，最終在FPGA或者DSP中進行數(shù)據(jù)處理，完成頻譜分析。
利用逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描，頻譜儀全頻段的掃描通過第一本振的掃描來實現(xiàn)，第一本振的掃描范圍覆蓋射頻信號輸入范圍，第一本振以不同條件設(shè)置下的步進逐點輸出完成掃描，并且在掃描過程中輸出的每個頻率點都處于鎖定狀態(tài)，即掃描全程逐點鎖相。
第一本振掃描時逐點鎖相的步進根據(jù)數(shù)字中頻處理模塊對數(shù)字信號處理方式的不同分為兩種設(shè)置方式。數(shù)字中頻處理模塊對數(shù)字下變頻后的數(shù)字信號分為兩種處理方式一種是數(shù)字檢波方式；另一種是FFT (快速傅里葉變換)方式。兩種方式的選擇是根據(jù) RBff (分辨率帶寬)的設(shè)置來決定的。設(shè)置分辨率帶寬的中間值為1kHz，將頻譜儀所設(shè)置的分辨率帶寬與IKHz比較后決定第一本振逐點鎖相的步進設(shè)置方式。
①當(dāng)頻譜儀所設(shè)置分辨率帶寬大于IKHz時，數(shù)字中頻處理模塊選擇采用數(shù)字檢波的方式，在數(shù)字檢波的分析模式下，掃描寬度的設(shè)置一般都比較寬，直至全頻段掃描，第一本振輸出的掃描點數(shù)是根據(jù)頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度和分辨率帶寬而得出的，在掃描寬度范圍內(nèi)的掃描點數(shù)決定了第一本振按照多大的步進值逐點輸出頻率。掃描點數(shù) > 掃描寬度+分辨率帶寬，為了便于顯示，通常固定設(shè)置為501、1001、2001點，步進值=掃描寬度+ 掃描點數(shù)，且 <分辨率帶寬”。
②當(dāng)頻譜儀所設(shè)置分辨率帶寬小于或者等于IKHz時，數(shù)字中頻處理模塊選擇采用FFT的方式，在FFT的分析模式下，掃描寬度的設(shè)置相對比較窄，直至頻譜儀的最小掃描寬度100Hz，第一本振輸出的掃描點數(shù)是根據(jù)頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度和分辨率帶寬以及 FFT的分析帶寬而決定的，同樣決定了在掃描寬度范圍內(nèi)第一本振按照多大的步進值逐點輸出頻率。“掃描點數(shù)=掃描寬度+FFT分析帶寬，步進值=掃描寬度+掃描點數(shù)”。
在上述兩種不同的設(shè)置條件下，不管第一本振按照哪種步進輸出完成掃描，所輸出的每個頻率點都達到鎖定狀態(tài)，即使在全頻段掃描的狀態(tài)下，第一本振也是逐點鎖相輸出。因此在任何掃描寬度下，頻譜儀的頻率準(zhǔn)確度都得到了較大的提高。
通過基于ARM的控制系統(tǒng)控制第一本振進行逐點鎖相掃描，ARM控制系統(tǒng)接收到頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度、分辨率帶寬等參數(shù)后，比較所設(shè)置分辨率帶寬和中間值IKHz 后，選擇采用數(shù)字檢波方式還是FFT方式。隨后采用上述方法計算出第一本振輸出掃描的步進值，再根據(jù)掃描寬度、中心頻率以及掃描步進值計算出第一本振在掃描范圍內(nèi)需要輸出的起始頻率以及以步進值累加的頻率，“起始頻率=中心頻率-掃描寬度/2”，再將輸出頻率值依次轉(zhuǎn)換為第一本振中分頻器的分頻比數(shù)據(jù)，以二進制的格式通過數(shù)據(jù)總線以6MHz 以上的速率依次發(fā)送給射頻前端，射頻前端模塊則由CPLD “可編程邏輯器件”負(fù)責(zé)接收ARM 控制系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，由于ARM控制系統(tǒng)對射頻前端的控制由一組數(shù)據(jù)總線傳送，所以在串行數(shù)據(jù)之前以地址碼加以區(qū)分射頻前端的各個功能模塊，CPLD在接收數(shù)據(jù)前先對地址碼進行譯碼，再決定將該組數(shù)據(jù)發(fā)送給第一本振。在掃描過程中，通過對第一本振發(fā)送分頻比數(shù)據(jù)改變第一本振的輸出頻率。逐點輸出的頻率在鎖相環(huán)的作用下都處于鎖定的狀態(tài)，在全頻段掃描的狀態(tài)下，第一本振逐點鎖相完成掃描，由于掃描點數(shù)比較多，提高第一本振的環(huán)路帶寬可以減小鎖相時間，消除逐點鎖相帶來的掃描速度減慢的影響，同時保證了不同帶寬下測試的頻率準(zhǔn)確度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不限制于本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，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
1.一種逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)，包括第一本振、第一混頻器、第二本振、第二混頻器、第三本振、第三混頻器、數(shù)字中頻處理模塊；其特征在于還包括第一放大器、第一濾波器、第二放大器、第二濾波器；射頻信號進入射頻通道后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)過第一放大器放大和第一濾波器濾波后由第二混頻器將其與第二本振混頻后產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過第二放大器放大和第二濾波器濾波后由第三混頻器將其與第三本振混頻后產(chǎn)生第三中頻，射頻信號經(jīng)過三級變頻完成射頻下變頻，數(shù)字中頻處理模塊用于進行數(shù)字處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)，其特征在于所述的 第一本振采取逐點鎖相掃描方式，即掃描全程逐點鎖相，數(shù)字中頻處理模塊對數(shù)字下變頻后的數(shù)字信號分為兩種處理方式一種是數(shù)字檢波方式；另一種是FFT “快速傅里葉變換”方式；兩種方式的選擇是根據(jù)RBW “分辨率帶寬”的設(shè)置來決定的；設(shè)置分辨率帶寬的中間值為1kHz，將頻譜儀所設(shè)置的分辨率帶寬與IKHz比較后決定第一本振逐點鎖相的步進設(shè)置方式 ①當(dāng)頻譜儀所設(shè)置分辨率帶寬大于IKHz時，數(shù)字中頻處理模塊選擇采用數(shù)字檢波的方式，在數(shù)字檢波的分析模式下，掃描寬度的設(shè)置直至全頻段掃描；第一本振輸出的掃描點數(shù)是根據(jù)頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度和分辨率帶寬而得出的，在掃描寬度范圍內(nèi)的掃描點數(shù)決定了第一本振按照多大的步進值逐點輸出頻率，“掃描點數(shù)>掃描寬度+分辨率帶寬，為了便于顯示，通常固定設(shè)置為501、1001、2001點，步進值=掃描寬度+掃描點數(shù)，且<分辨率帶寬”； ②當(dāng)頻譜儀所設(shè)置分辨率帶寬小于或者等于IKHz時，數(shù)字中頻處理模塊選擇采用FFT的方式，在FFT的分析模式下，掃描寬度的設(shè)置直至頻譜儀的最小掃描寬度IOOHz ;第一本振輸出的掃描點數(shù)是根據(jù)頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度和FFT的分析帶寬而決定的，同樣決定了在掃描寬度范圍內(nèi)第一本振按照多大的步進值逐點輸出頻率，“掃描點數(shù)=掃描寬度+FFT分析帶寬，步進值=掃描寬度+掃描點數(shù)”。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)，其特征在于所述的 第一本振的掃描方式是通過基于ARM的控制系統(tǒng)來完成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)，其特征在于所述的 基于ARM的控制系統(tǒng)接收到頻譜儀所設(shè)置的掃描寬度、分辨率帶寬等參數(shù)后，比較所設(shè)置分辨率帶寬和中間值IKHz后，選擇采用數(shù)字檢波方式還是FFT方式；計算出第一本振輸出掃描的步進值，再根據(jù)掃描寬度、中心頻率以及掃描步進值計算出第一本振在掃描范圍內(nèi)需要輸出的起始頻率以及以步進值累加的頻率，“起始頻率=中心頻率-掃描寬度/2”，再將輸出頻率值依次轉(zhuǎn)換為第一本振中分頻器的分頻比數(shù)據(jù)，以二進制的格式通過數(shù)據(jù)總線以6MHz以上的速率依次發(fā)送給射頻前端模塊，射頻前端模塊則由CPLD “可編程邏輯器件”負(fù)責(zé)接收ARM控制系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，由于ARM控制系統(tǒng)對射頻前端的控制由一組數(shù)據(jù)總線傳送，所以在串行數(shù)據(jù)之前以地址碼加以區(qū)分射頻前端的各個功能模塊，CPLD在接收數(shù)據(jù)前先對地址碼進行譯碼，再決定將該組數(shù)據(jù)發(fā)送給第一本振；在掃描過程中，通過對第一本振發(fā)送分頻比數(shù)據(jù)改變第一本振的輸出頻率；逐點輸出的頻率在鎖相環(huán)的作用下都處于鎖定的狀態(tài)，在全頻段掃描的狀態(tài)下，第一本振逐點鎖相完成掃描?！?br> 全文摘要
一種逐點鎖相實現(xiàn)頻譜儀全頻段掃描的系統(tǒng)，包括第一本振、第一混頻器、第二本振、第二混頻器、第三本振、第三混頻器、數(shù)字中頻處理模塊、第一放大器、第一濾波器、第二放大器、第二濾波器；射頻信號進入射頻通道后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)過第一放大器放大和第一濾波器濾波后由第二混頻器將其與第二本振混頻后產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過第二放大器放大和第二濾波器濾波后由第三混頻器將其與第三本振混頻后產(chǎn)生第三中頻，射頻信號經(jīng)過三級變頻完成射頻下變頻，數(shù)字中頻處理模塊用于進行數(shù)字處理。本發(fā)明第一本振在掃描過程中全程逐點鎖相完成掃描，在掃寬寬度增加的情況下，提高了頻譜儀的頻率準(zhǔn)確度。
文檔編號G01R23/165GK102928664SQ20121042860
公開日2013年2月13日 申請日期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 申請人:南京國睿安泰信科技股份有限公司