專利名稱：中頻全數(shù)字化頻譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中頻頻譜儀領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前一般的頻譜分析功能的實(shí)現(xiàn)采用兩種技術(shù)模擬中頻方式采用模擬濾波器實(shí)現(xiàn)濾波處理Resolution Bandwidth(RBW)、VideoBandwidth(VBW)和檢波器等功能，這種方式的缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，窄帶濾波器難于實(shí)現(xiàn)，指標(biāo)和穩(wěn)定性差，生產(chǎn)調(diào)試復(fù)雜。
模擬中頻加數(shù)字中頻方式寬帶檢波時(shí)采用模擬中頻方式，在窄帶檢波時(shí)采用數(shù)字中頻濾波器方式。這種方案使得窄帶分析濾波器的設(shè)計(jì)簡單化，彌補(bǔ)了模擬中頻方式的窄帶濾波器難于實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)，但其他缺點(diǎn)依然存在，如中頻電路依然復(fù)雜，生產(chǎn)調(diào)試難度高，造成整機(jī)的可靠性下降；硬件實(shí)現(xiàn)的離散性，造成頻譜儀的幅度測試等指標(biāo)的誤差加大。這些都是模擬中頻頻譜儀的固有缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本項(xiàng)目采用中頻全數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)頻譜功能，使得電路簡單，指標(biāo)一致性和穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了30Hz~3MHz的RBW，并且實(shí)現(xiàn)了多種檢波方式。
本發(fā)明的中頻全數(shù)字化頻譜儀，射頻信號進(jìn)入寬帶超外差接收機(jī)部分單元，超外差接收機(jī)首先做信號的動(dòng)態(tài)切換，通過低通濾波器之后，上變頻到第一中頻(IF)，然后再經(jīng)過二次混頻到低中頻頻率點(diǎn)(2IF)，其特征在于然后對2IF做高速的數(shù)字化處理，中頻的所有信號處理都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，結(jié)合高速的FPGA和DSP做快速的頻譜分析功能。
本發(fā)明的中頻全數(shù)字化頻譜儀，其特征在于高速的數(shù)字化處理過程為數(shù)據(jù)輸入經(jīng)過希爾伯特變換、頻率抽取濾波器和窗函數(shù)處理的時(shí)域變換后，再經(jīng)快速傅立葉變換(FFT)，把時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過VBW和檢波器把數(shù)據(jù)送出顯示。
本發(fā)明的中頻全數(shù)字化頻譜儀，其特征在于頻率抽取濾波器采用高效的CIC濾波器和高斯形狀的FIR濾波器結(jié)合的方式。
本發(fā)明的中頻全數(shù)字化頻譜儀，其特征在于RBW濾波器采用高斯形狀的FIR濾波器。
本發(fā)明的中頻全數(shù)字化頻譜儀，其特征在于檢波器包括正峰值檢波、負(fù)峰值檢波、平均值檢波、正負(fù)峰值檢波、采樣值檢波和準(zhǔn)峰值檢波方式。
本發(fā)明的技術(shù)原理是通過寬帶超外差接收機(jī)把數(shù)字電視射頻信號變換到固定中頻信號，并通過高速采樣電路使模擬中頻數(shù)字化，然后經(jīng)過高速數(shù)字信號處理器(DSP)及FPGA對信號進(jìn)行分析并把處理結(jié)果上傳嵌入式PC存儲(chǔ)和顯示，如圖1所示這是中頻全數(shù)字化頻譜儀的基本結(jié)構(gòu)，射頻信號(這里是1～1000MHz的頻率范圍輸入)，進(jìn)入寬帶超外差接收機(jī)部分單元，超外差接收機(jī)首先做信號的動(dòng)態(tài)切換(55dB衰減器+放大器)，通過低通濾波器之后，上變頻到第一中頻(IF)，然后再經(jīng)過二次混頻到低中頻頻率點(diǎn)(2IF)，如36MHz。一般的模擬頻譜儀的電路是對低中頻做信號的濾波處理(RBW)、增益調(diào)整、視頻濾波和包絡(luò)檢波等處理，數(shù)字化后做顯示。而本文頻譜儀的方案不同的是對2IF做高速的數(shù)字化處理，中頻的所有信號處理都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，結(jié)合高速的FPGA和DSP我們做快速的頻譜分析功能，而頻譜分析功能易于實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定。
用純數(shù)字的方法替代傳統(tǒng)的頻譜分析功能(RBW、VBW、檢波，掃描等)，數(shù)字中頻的原理圖如圖2所示。數(shù)據(jù)輸入經(jīng)過希爾伯特變換、頻率抽取濾波器、窗函數(shù)處理等時(shí)域變換后，快速傅立葉變換(FFT)，把時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過VBW和檢波器把數(shù)據(jù)輸出現(xiàn)示。此部分的關(guān)鍵技術(shù)是頻率抽取濾波器的設(shè)計(jì)、RBW設(shè)計(jì)、VBW設(shè)計(jì)、各種檢波器設(shè)計(jì)和時(shí)間控制部分。
頻率抽取濾波器是非常重要的單元。中頻信號的帶寬在10MHz左右，根據(jù)奈奎斯特及帶通采樣定理，采樣頻率應(yīng)是信號帶寬的2.5倍以上，而頻譜儀要做到30Hz的RBW，如果直接做頻譜分析，那么需要大量的數(shù)據(jù)處理。可以采用頻率抽取濾波器將數(shù)據(jù)率抽取至合適的頻率(數(shù)據(jù)率是RBW的10倍左右)，然后再做FFT分析，這是好的解決方法。本方案的頻率抽取濾波器采用高效的CIC濾波器和高斯形狀的FIR濾波器結(jié)合的方式，效率既高，又符合頻譜分析儀的指標(biāo)要求。
RBW濾波器設(shè)計(jì)是頻譜分析儀的主要功能單元，本文采用高斯形狀的FIR濾波器來實(shí)現(xiàn)RBW濾波器，同時(shí)濾波器的形狀用戶可選除高斯之外的其他類型，如BLACKMAN，HANNING等。
檢波器包括正峰值檢波、負(fù)峰值檢波、平均值檢波、正負(fù)峰值檢波、采樣值檢波和準(zhǔn)峰值檢波等方式。
本發(fā)明采用的全數(shù)字中頻處理如圖2所示，數(shù)字中頻經(jīng)過希爾伯特變換，變換到I/Q正交基帶信號，I/Q信號經(jīng)過頻率抽取濾波器，將數(shù)據(jù)率抽取至合適的頻率上(數(shù)據(jù)率是RBW的10倍左右)，抽取后的信號做窗函數(shù)處理，這個(gè)模塊默認(rèn)為高斯窗，用戶可選用合適的窗函數(shù)進(jìn)行信號處理，然后做FFT將時(shí)域數(shù)據(jù)變換到頻域數(shù)據(jù)流，頻域數(shù)據(jù)流經(jīng)過帶寬可變的VBW濾波器做視頻濾波，視頻濾波后的數(shù)據(jù)經(jīng)過檢波器檢出用戶需要的頻譜信息送至顯示單元顯示。
本發(fā)明的有益效果是電路簡單，指標(biāo)一致性和穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了30Hz~3MHz的RBW，并且實(shí)現(xiàn)了多種檢波方式。


圖1 系統(tǒng)原理框2 頻域分析模型具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了天津市德力電子儀器有限公司最新一代的頻譜分析儀上，儀器型號為DS8821Q，此儀器為全數(shù)字化中頻，主要指標(biāo)達(dá)如下所述中頻分辨帶寬(-3dB)30Hz～3MHz(1，3順序步進(jìn)，誤差±10％)形狀因子 ＞5∶1(60dB/3dB帶寬比)視頻帶寬 10Hz～3MHz(1，3順序步進(jìn))檢波方式正峰值、負(fù)峰值、平均值、正負(fù)峰值、采樣值準(zhǔn)峰值。
權(quán)利要求
1.一種中頻全數(shù)字化頻譜儀，射頻信號進(jìn)入寬帶超外差接收機(jī)部分單元，超外差接收機(jī)首先做信號的動(dòng)態(tài)切換，通過低通濾波器之后，上變頻到第一中頻(IF)，然后再經(jīng)過二次混頻到低中頻頻率點(diǎn)(2IF)，其特征在于然后對2IF做高速的數(shù)字化處理，中頻的所有信號處理都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，結(jié)合高速的FPGA和DSP做快速的頻譜分析功能。
2.如權(quán)利要求1所述的中頻全數(shù)字化頻譜儀，其特征在于高速的數(shù)字化處理過程為數(shù)據(jù)輸入經(jīng)過希爾伯特變換、頻率抽取濾波器和窗函數(shù)處理的時(shí)域變換后，再經(jīng)快速傅立葉變換(FFT)，把時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過VBW和檢波器把數(shù)據(jù)送出顯示。
3.如權(quán)利要求2所述的中頻全數(shù)字化頻譜儀，其特征在于頻率抽取濾波器采用高效的CIC濾波器和高斯形狀的FIR濾波器結(jié)合的方式。
4.如權(quán)利要求2所述的中頻全數(shù)字化頻譜儀，其特征在于RBW濾波器采用高斯形狀的FIR濾波器。
5.如權(quán)利要求2所述的中頻全數(shù)字化頻譜儀，其特征在于檢波器包括正峰值檢波、負(fù)峰值檢波、平均值檢波、正負(fù)峰值檢波、采樣值檢波和準(zhǔn)峰值檢波方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及中頻頻譜儀領(lǐng)域。該發(fā)明的中頻全數(shù)字化頻譜儀，射頻信號進(jìn)入寬帶超外差接收機(jī)部分單元，超外差接收機(jī)首先做信號的動(dòng)態(tài)切換，通過低通濾波器之后，上變頻到第一中頻(IF)，然后再經(jīng)過二次混頻到低中頻頻率點(diǎn)(2IF)，然后對2IF做高速的數(shù)字化處理，中頻的所有信號處理都是在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，結(jié)合高速的FPGA和DSP做快速的頻譜分析功能。本發(fā)明的有益效果是電路簡單，指標(biāo)一致性和穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了30Hz～3MHz的RBW，并且實(shí)現(xiàn)了多種檢波方式。
文檔編號G01R23/00GK1804642SQ20061001309
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者曹玉良 申請人:天津市德力電子儀器有限公司