專利名稱：利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及頻譜分析儀領域，尤其是射頻頻譜分析儀分辨率帶寬的系統(tǒng)，具體為利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(tǒng)。
背景技術：
分辨率帶寬是頻譜分析儀的主要的技術指標之一，分辨率帶寬越小，區(qū)分靠近在一起的信號的能力就越強。頻譜分析儀按照實現(xiàn)方式分為兩種，過去的頻譜儀一般都是模擬式的，濾波器以模擬濾波器為主，這種頻譜儀不能獲得實時頻譜，且由于模擬濾波器會受到非線性、溫漂、老化等影響，測量精度不高，分辨率不會很高。現(xiàn)在的頻譜儀都是數(shù)字式的，也就是全數(shù)字中頻的頻譜分析儀，這種頻譜儀基于數(shù)字濾波器，故而形狀因子好，頻率 分辨率高，穩(wěn)定性優(yōu)良，并且可以實現(xiàn)很窄的分辨率帶寬，而測量精度較高，測量速度更快，實時性也更強。因此在數(shù)字式頻譜分析儀中，分辨率帶寬濾波是數(shù)字中頻處理模塊設計的關鍵，它不僅決定了頻譜分析的有效信號帶寬，同時表征頻譜儀在響應中明確分離出兩個輸入信號的能力。由于數(shù)字濾波器特別是階數(shù)較高的數(shù)字濾波器，比如FIR濾波器，可以設計成過渡帶小、阻帶衰減高且具有很好波形因子的頻率響應，可以滿足頻譜分析儀對分辨率帶寬濾波器的特別要求。頻譜儀的分辨率帶寬也就完全由數(shù)字濾波器來決定，如圖I所示，射頻信號經(jīng)過射頻下變頻后的模擬中頻經(jīng)過簡單的濾波直接送至數(shù)字中頻模塊進行數(shù)字處理和分析，模擬中頻的帶寬一般有幾兆赫茲，帶寬內(nèi)的噪聲同時傳送給數(shù)字中頻模塊，信號的信噪比受到惡化。

發(fā)明內(nèi)容
所要解決的技術問題針對以上問題本發(fā)明提供了一種利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬切換的系統(tǒng)，在分辨率帶寬的設置比較窄的情況下，將模擬中頻切換到窄帶濾波器通道，使得輸出信號的信噪比得到提高，從而可以提高頻譜儀的靈敏度。技術方案針對以上不足本發(fā)明提供了一種利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(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、第三本振、數(shù)字中頻處理部分；射頻信號首先通過第一混頻器與第一本振混頻產(chǎn)生第一中頻，第一中頻經(jīng)過第一濾波器濾波處理后通過第二混頻器與第二本振混頻產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過第二濾波器濾波處理后通過第三混頻器與第三本振混頻產(chǎn)生第三中頻，其特征在于在第三中頻與數(shù)字中頻處理部分之間還設有模擬帶寬切換模塊，第三中頻經(jīng)過模擬帶寬切換模塊后，在數(shù)字中頻處理部分完成ADC采樣數(shù)字化、數(shù)字信號處理以及頻譜分析。所述的第三中頻為模擬中頻，模擬中頻經(jīng)過模擬帶寬切換模塊模擬濾波后，通過數(shù)字中頻處理部分的ADC采樣及數(shù)字濾波器完成分辨率帶寬的實現(xiàn)。所述的模擬中頻在進入到模擬帶寬切換模塊之前，有兩條濾波通道由其選擇通過，一條寬帶寬濾波通道，一條窄帶寬濾波通道，所述的模擬帶寬切換模塊預切換至寬帶寬濾波通道或窄帶寬濾波通道，是通過頻譜儀所設置的分辨率帶寬的大小來確定的，設定分辨率帶寬的中間值為ΙΟΟΚΗζ，與該中間值比較后選擇通過其中的一個濾波通道
①當頻譜儀設置的分辨率帶寬大于IOOKHz時，模擬中頻選擇經(jīng)過3MHz帶寬的濾波器完成濾波，該模擬濾波器采用無源LC帶通濾波器作為寬帶寬濾波通道；
②當頻譜儀設置的分辨率帶寬小于或者等于IOOKHz時，模擬中頻選擇經(jīng)過300KHz帶寬的濾波器完成濾波，該模擬濾波器采用陶瓷濾波器作為窄帶寬濾波通道。所述的模擬帶寬切換模塊的預切換是通過兩個單刀雙擲開關的開關切換來完成的，兩個單刀雙擲開關分別處于濾波器通道的輸入以及輸出端，當兩個開關同時接通其中一個濾波器的兩端時，該濾波器通道則被選擇。所述的開關的狀態(tài)由基于ARM的控制系統(tǒng)來控制，當頻譜儀的分辨率帶寬被設置好后，ARM控制系統(tǒng)首先將所設置分辨率帶寬與中間值做比較，來判斷模擬中頻該經(jīng)過哪條濾波通道完成濾波，之后將控制單刀雙擲開關的命令以二進制數(shù)據(jù)的形式通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送至射頻前端模塊，射頻前端模塊則由CPLD“可編程邏輯器件”接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過地址譯碼后，·CPLD將控制碼發(fā)送給單刀雙擲開關，通過同時控制兩個單刀雙擲開關實現(xiàn)兩個濾波通道之間的切換。在所述的LC帶通濾波器后還設有一個電阻衰減網(wǎng)絡。有益效果本發(fā)明在分辨率帶寬設置得比較小的情況下，模擬中頻通過窄帶濾波盡量多的濾除進入數(shù)字中頻處理模塊的噪聲，提高信號的信噪比，提高測量的靈敏度。


圖I :無模擬帶寬切換的原理框圖2 :具有模擬帶寬預切換的原理框圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明作進一步詳細地說明。如圖2所示，射頻輸入信號進入射頻前端通道后，采用三級變頻的方式實現(xiàn)射頻下變頻，一種利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(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、第三本振、數(shù)字中頻處理部分；射頻信號首先通過第一混頻器與第一本振混頻產(chǎn)生第一中頻，第一中頻經(jīng)過第一濾波器濾波處理后通過第二混頻器與第二本振混頻產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過第二濾波器濾波處理后通過第三混頻器與第三本振混頻產(chǎn)生第三中頻，在第三中頻與數(shù)字中頻處理部分之間還設有模擬帶寬切換模塊，第三中頻經(jīng)過模擬帶寬切換模塊后，在數(shù)字中頻處理部分完成ADC采樣數(shù)字化、數(shù)字信號處理以及頻譜分析。利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀的分辨率帶寬，射頻信號經(jīng)過下變頻后的第三中頻為模擬中頻，該模擬中頻在進入到模擬帶寬切換模塊之前，有兩條濾波通道由其選擇通過，其中一條濾波通道的帶寬相對比較寬，可以達到3MHz，另外一條濾波通道的帶寬相對比較窄，只有300KHz。模擬中頻經(jīng)過模擬帶寬切換模塊模擬濾波后，通過數(shù)字中頻處理部分的ADC采樣及數(shù)字濾波器完成分辨率帶寬的實現(xiàn)。模擬帶寬切換模塊預切換至哪條濾波通道，是通過頻譜儀所設置的分辨率帶寬的大小來確定的，設定分辨率帶寬的中間值為IOOKHz，與該中間值比較后選擇通過其中的一個濾波器
①當頻譜儀設置的分辨率帶寬大于IOOKHz時，模擬中頻選擇經(jīng)過3MHz帶寬的濾波器完成濾波，模擬中頻經(jīng)過3MHz的濾波器，保證了頻譜信號分析的實時性。該模擬濾波器采用無源LC帶通濾波器的形式來實現(xiàn)，由電感、電容組合而成，LC帶通濾波器具有結(jié)構簡單、成本低、運行可靠性較高等特點，可以很好的滿足模擬中頻的濾波要求。②當頻譜儀設置的分辨率帶寬小于或者等于IOOKHz時，模擬中頻選擇經(jīng)過300KHZ帶寬的濾波器完成濾波，在分辨率帶寬設置得比較小的情況下，模擬中頻經(jīng)過300KHZ的濾波器，盡量多的濾除帶寬外的噪聲后，再傳送至ADC進行采樣，提高了采樣信號的信噪比，提高了測量的靈敏度。
由于該模擬濾波器帶寬比較窄，本發(fā)明采用陶瓷濾波器作為該通道的濾波器，陶瓷濾波器具有Q值高、幅頻、相頻特性好，體積小、信噪比高等特點?？梢院芎玫臐M足模擬中頻窄帶濾波的要求。模擬帶寬切換模塊的預切換是通過兩個單刀雙擲開關的開關切換來完成的，兩個單刀雙擲開關分別處于濾波器通道的輸入以及輸出端，當兩個開關同時接通其中一個濾波器的兩端時，該濾波器通道則被選擇。開關的狀態(tài)由基于ARM的控制系統(tǒng)來控制，當頻譜儀的分辨率帶寬被設置好后，ARM控制系統(tǒng)首先將所設置分辨率帶寬與中間值做比較，來判斷模擬中頻該經(jīng)過哪條濾波通道完成濾波，之后將控制單刀雙擲開關的命令以二進制數(shù)據(jù)的形式通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送至射頻前端模塊，射頻前端模塊則由CPLD “可編程邏輯器件”接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過地址譯碼后，CPLD將控制碼發(fā)送給單刀雙擲開關，通過同時控制兩個單刀雙擲開關實現(xiàn)兩個濾波通道之間的切換。由于兩個濾波器通道的濾波器的插入損耗并不一致，為了消除由此帶來的帶寬轉(zhuǎn)換幅度誤差，保證系統(tǒng)增益的一致性，在插入損耗相對稍小的LC帶通濾波器后增加一個電阻衰減網(wǎng)絡，以達到和陶瓷濾波器相同的插入損耗。經(jīng)過模擬帶寬切換模塊預切換后的模擬中頻，由數(shù)字濾波器的帶寬決定頻譜儀的分辨率帶寬，利用數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)很窄的分辨率帶寬，并且可以設計成過渡帶小、阻帶衰減高且具有很好波形因子的頻率響應，利用數(shù)字濾波器的這些特征，頻譜儀的分辨率帶寬可以設計得非常小，可以做到1Hz。利用FPGA (現(xiàn)場可編程大規(guī)模集成電路)設計實現(xiàn)數(shù)字濾波器，分辨率帶寬是通過多抽取率濾波器設計實現(xiàn)的，針對下變頻后依然過采樣的數(shù)據(jù)流，則需要以不同速率的濾波和抽取，以得到不同的實時分析帶寬，這樣實際的抽取率變化范圍很大，當需要較窄的分辨率帶寬時，其抽取率很高，要求采用多級的濾波和抽取來逐步降低采樣率，這樣也降低了對每一級抗混疊濾波器的要求。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，對于本領域的技術人員來說，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，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(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、第三本振、數(shù)字中頻處理部分；射頻信號首先通過第一混頻器與第一本振混頻產(chǎn)生第一中頻，第一中頻經(jīng)過第一濾波器濾波處理后通過第二混頻器與第二本振混頻產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過第二濾波器濾波處理后通過第三混頻器與第三本振混頻產(chǎn)生第三中頻，其特征在于在第三中頻與數(shù)字中頻處理部分之間還設有模擬帶寬切換模塊，第三中頻經(jīng)過模擬帶寬切換模塊后，在數(shù)字中頻處理部分完成ADC采樣數(shù)字化、數(shù)字信號處理以及頻譜分析。
2.根據(jù)權利要求I所述的利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(tǒng)，其特征在于所述的第三中頻為模擬中頻，模擬中頻經(jīng)過模擬帶寬切換模塊模擬濾波后，通過數(shù)字中頻處理部分的ADC采樣及數(shù)字濾波器完成分辨率帶寬的實現(xiàn)。
3.根據(jù)權利要求2所述的利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(tǒng)，其特征在于所述的模擬中頻在進入到模擬帶寬切換模塊之前，有兩條濾波通道由其選擇通過，一條寬帶寬濾波通道，一條窄帶寬濾波通道，所述的模擬帶寬切換模塊預切換至寬帶寬濾波通道或窄帶寬濾波通道，是通過頻譜儀所設置的分辨率帶寬的大小來確定的，設定分辨率帶寬的中間值為ΙΟΟΚΗζ，與該中間值比較后選擇通過其中的一個濾波通道 ①當頻譜儀設置的分辨率帶寬大于IOOKHz時，模擬中頻選擇經(jīng)過3MHz帶寬的濾波器完成濾波，該模擬濾波器采用無源LC帶通濾波器作為寬帶寬濾波通道； ②當頻譜儀設置的分辨率帶寬小于或者等于IOOKHz時，模擬中頻選擇經(jīng)過300KHz帶寬的濾波器完成濾波，該模擬濾波器采用陶瓷濾波器作為窄帶寬濾波通道。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(tǒng)，其特征在于所述的模擬帶寬切換模塊的預切換是通過兩個單刀雙擲開關的開關切換來完成的，兩個單刀雙擲開關分別處于濾波器通道的輸入以及輸出端，當兩個開關同時接通其中一個濾波器的兩端時，該濾波器通道則被選擇。
5.根據(jù)權利要求4所述的利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(tǒng)，其特征在于所述的開關的狀態(tài)由基于ARM的控制系統(tǒng)來控制，當頻譜儀的分辨率帶寬被設置好后，ARM控制系統(tǒng)首先將所設置分辨率帶寬與中間值做比較，來判斷模擬中頻該經(jīng)過哪條濾波通道完成濾波，之后將控制單刀雙擲開關的命令以二進制數(shù)據(jù)的形式通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送至射頻前端模塊，射頻前端模塊則由CPLD “可編程邏輯器件”接收數(shù)據(jù)，經(jīng)過地址譯碼后，CPLD將控制碼發(fā)送給單刀雙擲開關，通過同時控制兩個單刀雙擲開關實現(xiàn)兩個濾波通道之間的切換。
6.根據(jù)權利要求3所述的利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(tǒng)，其特征在于在所述的LC帶通濾波器后還設有一個電阻衰減網(wǎng)絡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用模擬帶寬預切換實現(xiàn)頻譜儀分辨率帶寬的系統(tǒng)，射頻信號首先通過第一混頻器與第一本振混頻產(chǎn)生第一中頻,第一中頻經(jīng)過第一濾波器濾波處理后通過第二混頻器與第二本振混頻產(chǎn)生第二中頻，第二中頻經(jīng)過第二濾波器濾波處理后通過第三混頻器與第三本振混頻產(chǎn)生第三中頻,其特征在于在第三中頻與數(shù)字中頻處理部分之間還設有模擬帶寬切換模塊，第三中頻經(jīng)過模擬帶寬切換模塊后,在數(shù)字中頻處理部分完成ADC采樣數(shù)字化、數(shù)字信號處理以及頻譜分析。本發(fā)明在分辨率帶寬設置得比較小的情況下，模擬中頻通過窄帶濾波盡量多的濾除進入數(shù)字中頻處理模塊的噪聲，提高信號的信噪比，提高測量的靈敏度。
文檔編號G01R23/167GK102879644SQ201210428608
公開日2013年1月16日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權日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