一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法，當(dāng)信號(hào)送入到外差式頻譜分析儀通過(guò)處理后判斷分辨率帶寬RBW，如果當(dāng)RBW＞10倍fmin時(shí)，通過(guò)濾波器掃描法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大或者壓縮，包絡(luò)檢波，視頻濾波處理獲取到信號(hào)頻譜；當(dāng)RBW≤10倍fmin時(shí)，通過(guò)FFT掃描法將記錄的調(diào)諧頻點(diǎn)值和實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值的差值經(jīng)FFT變換后轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差進(jìn)行頻譜誤差消除，從而提高了識(shí)別頻譜精準(zhǔn)度。
【專利說(shuō)明】一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]頻譜分析儀按照工作原理可以劃分為掃描式頻譜儀和非掃描式頻譜儀，掃描式頻譜儀主要可分為濾波式和外差式兩種。濾波式頻譜儀主要采用多通道濾波器頻譜儀，也稱為并聯(lián)型濾波器，對(duì)于不同的信號(hào)頻率，采用不同的濾波器進(jìn)行處理，最后由多任務(wù)掃描器將信號(hào)傳輸?shù)狡聊簧巷@示，但是這種頻譜儀結(jié)構(gòu)需多組濾波器，資源消耗比較多，成本較聞。
[0003]外差式頻譜分析儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行多級(jí)變頻，因此掃頻式外差頻譜儀可以對(duì)頻率很高的信號(hào)進(jìn)行分析，同時(shí)具有分辨率較高，測(cè)量速度快，成本較低等優(yōu)勢(shì)，從而獲得廣泛應(yīng)用。由于近年來(lái)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，各種數(shù)字芯片的處理速度越來(lái)越快，資源越來(lái)越豐富，價(jià)格越來(lái)越低。頻譜儀的中頻處理技術(shù)逐步從模擬中頻轉(zhuǎn)向數(shù)字中頻，與傳統(tǒng)的模擬中頻相比，數(shù)字中頻具有穩(wěn)定性更高，成本更低，更利于生產(chǎn)調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]外差式頻譜儀通過(guò)混頻得到所需要的頻點(diǎn)的基本信息，并通過(guò)更改本振頻率來(lái)獲得一個(gè)頻段，掃描就是不斷更新本振頻率，使得本振信號(hào)剛好掃過(guò)一個(gè)頻點(diǎn)，達(dá)到測(cè)量目的。輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)衰減器，保證信號(hào)輸入混頻器時(shí)處于合適的電平上，從而防止過(guò)載、增益壓縮和信號(hào)的失真，信號(hào)通過(guò)衰減器之后經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，這個(gè)地方的低通濾波器的主要作用是:阻止高頻信號(hào)進(jìn)入混頻器，防止帶外信號(hào)與本振相混頻在中頻產(chǎn)生多余的頻率響應(yīng)，接下來(lái)，輸入信號(hào)與來(lái)自本振LO的信號(hào)相混頻，混頻后的信號(hào)落到中頻濾波器IF的通帶內(nèi)，該信號(hào)通過(guò)濾波器后，進(jìn)行包括信號(hào)的放大或者壓縮，包絡(luò)檢波，視頻濾波以及顯示等處理。掃頻發(fā)生器在屏幕上產(chǎn)生從左往右的水平移動(dòng)，同時(shí)對(duì)本振進(jìn)行調(diào)諧，使本振頻率的變化與掃頻發(fā)生器的斜坡電壓成正比。
[0005]頻譜儀中，混頻得到的數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield —Programmable Gate Array)后，首先對(duì)其數(shù)字下變頻處理,把模數(shù)變換器(ADC, Analog toDigital Converter)輸出的信號(hào)變?yōu)榱阒蓄l的基帶信號(hào)，同時(shí)完成抽取降數(shù)率操作。下變頻后的基帶信號(hào)根據(jù)RBW的不同，有兩種通道處理方案:RBW > 10倍fmin時(shí)，在FPGA中通過(guò)檢波算法得到信號(hào)的功率譜，這種方法稱為濾波器掃描法；RBW ( 10倍fmin時(shí)，送到數(shù)字信號(hào)處理(DSP, Digital Signal Processing)中進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT, Fast FourierTransformation)變換完成譜分析，這種方法稱為FFT掃描法，其中fmin為本振LO調(diào)諧點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)的最小調(diào)諧步進(jìn)，因此，RBff > 10倍fmin采用傳統(tǒng)的包絡(luò)檢波，視頻濾波等處理獲得信號(hào)的頻譜，而在RBW ( 10倍fmin時(shí)，可采用FFT算法計(jì)算信號(hào)的頻譜
[0006]然而本振LO調(diào)諧點(diǎn)的精度有限，當(dāng)調(diào)頻步進(jìn)控制字加I或者減I時(shí)，LO調(diào)諧點(diǎn)能
夠?qū)崿F(xiàn)的最小調(diào)諧步進(jìn)fmin為:fmin=fref/2N；[0007]其中，fref為參考源步進(jìn),N為本振頻率調(diào)頻精度，調(diào)頻步進(jìn)是前端調(diào)諧頻點(diǎn)變化的最小單位，因此調(diào)諧頻點(diǎn)的變化并不是任意的，只能以調(diào)頻步進(jìn)的整數(shù)倍變化，而在兩個(gè)相鄰可調(diào)諧頻點(diǎn)間的頻點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)的，只能量化到誤差最小的可調(diào)諧頻點(diǎn)上，其誤差范圍為[-0.5fmin, 0.5fmin]。因此，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的分辨率帶寬RBW > 10倍fmin時(shí)，對(duì)最終測(cè)試結(jié)果影響并不是很大；反之RBW ( 10倍fmin誤差影響就比較明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法，將記錄的調(diào)諧頻點(diǎn)值和實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值的差值經(jīng)FFT變換后轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差進(jìn)行頻譜誤差消除，從而提高了頻譜精準(zhǔn)度。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010](1)、將射頻信號(hào)輸入到衰減器后，經(jīng)低通濾波器濾波后輸入到混頻器；
[0011](2)、將參考源產(chǎn)生的信號(hào)輸入到本振L0，再將本振L0的輸出信號(hào)輸入到混頻器，當(dāng)本振L0的調(diào)頻步進(jìn)控制字加1或者減1時(shí)，所述的本振L0調(diào)諧點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)的最小調(diào)諧
步進(jìn)fmin為:，其中，fref為參考源步進(jìn)，N為本振L0頻率調(diào)頻精度；掃頻發(fā)生器
在屏幕上產(chǎn)生從左往右的水平移動(dòng)，同時(shí)對(duì)本振L0進(jìn)行調(diào)諧，使本振L0頻率的變化與掃頻發(fā)生器的斜坡電壓成正比；
[0012](3)、將混頻器的輸出信號(hào)輸入到中頻濾波器濾波，如果濾波后的信號(hào)分辨率帶寬RBW > 10倍fmin時(shí)，通過(guò)濾波器掃描法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大或者壓縮、包絡(luò)檢波和視頻濾波處理獲取到信號(hào)頻譜；如果濾波后的信號(hào)分辨率帶寬RBW ( 10倍fmin時(shí)，通過(guò)FFT掃描法，記錄下實(shí)際所需調(diào)諧頻點(diǎn)值或者理想調(diào)諧頻點(diǎn)值A(chǔ)與實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值的誤差:Δ f = furfi，其中，實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值與最小調(diào)諧步進(jìn)fmin有如下的關(guān)系A(chǔ) = MfminMe [1，2ν] η Z，Z表示整數(shù)集，再將得到的誤差Λ f轉(zhuǎn)化為FFT變換后數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差，其中，F(xiàn)FT變換結(jié)果中相鄰兩頻點(diǎn)之間的頻率間隔為RBW/2，則Λ f引起的頻率偏移為2 Δ f/RBW，最后根據(jù)Λ f為正還是負(fù)將FFT變換后的頻率序列向右或向左移動(dòng)round(2 Δ f/RBff)個(gè)點(diǎn)，獲取到信號(hào)頻譜，其中round(.)表示取最接近.的整數(shù)。
[0013]本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0014]本發(fā)明外差式頻譜分析儀頻率修正的方法，當(dāng)信號(hào)送入到外差式頻譜分析儀通過(guò)處理后判斷分辨率帶寬RBW，如果當(dāng)RBW > 10倍fmin時(shí)，通過(guò)濾波器掃描法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大或者壓縮，包絡(luò)檢波，視頻濾波處理獲取到信號(hào)頻譜；當(dāng)RBW < 10倍fmin時(shí)，通過(guò)FFT掃描法將記錄的調(diào)諧頻點(diǎn)值和實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值的差值經(jīng)FFT變換后轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差進(jìn)行頻譜誤差消除，從而提高了識(shí)別頻譜精準(zhǔn)度。
[0015]同時(shí)，本發(fā)明外差式頻譜分析儀頻率修正的方法還具有以下有益效果:
[0016]外差式頻譜分析儀采用濾波器掃描法和FFT掃描法兩種方法，能夠提高信號(hào)的采用效率，節(jié)約采用時(shí)間，同時(shí)在FFT掃描法中通過(guò)將記錄的調(diào)諧頻點(diǎn)值和實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值的差值經(jīng)FFT變換后轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差進(jìn)行頻譜誤差消除，從而提高了頻譜精準(zhǔn)度。【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明外差式頻譜分析儀頻率修正方法的基本原理框圖；
[0018]圖2是外差式頻譜儀修頻率正前的頻譜圖；
[0019]圖3是外差式頻譜儀頻率修正后的頻譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0021]實(shí)施例
[0022]圖1是本發(fā)明外差式頻譜分析儀頻率修正方法的基本原理框圖。
[0023]在本實(shí)施例中，參考源以振蕩器為例，如圖1所示，本發(fā)明的輸入信號(hào)首先經(jīng)過(guò)一個(gè)衰減器，保證信號(hào)輸入混頻器時(shí)處于合適的電平上，從而防止過(guò)載、增益壓縮和信號(hào)的失真，信號(hào)通過(guò)衰減器之后經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，這個(gè)地方的低通濾波器的主要作用是:阻止高頻信號(hào)進(jìn)入混頻器，防止帶外信號(hào)與本振相混頻在中頻產(chǎn)生多余的頻率響應(yīng)，接下來(lái)，參考振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)輸入到本振L0，再將信號(hào)輸入到混頻器，然而本振LO調(diào)諧點(diǎn)的精度有限，當(dāng)調(diào)頻步進(jìn)控制字加I或者減I時(shí)，所述的本振LO調(diào)諧點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)的最小調(diào)諧步進(jìn)fmin
為:./-=.，其中，fref為參考振蕩器步進(jìn)，N為本振LO頻率調(diào)頻精度，掃頻發(fā)生器在屏幕
上產(chǎn)生從左往右的水平移動(dòng)，同時(shí)對(duì)本振LO進(jìn)行調(diào)諧，使本振LO頻率的變化與掃頻發(fā)生器的斜坡電壓成正比；輸入信號(hào)與來(lái)自本振LO的信號(hào)相混頻，混頻后的信號(hào)落到中頻濾波器IF的通帶內(nèi)，該信號(hào)通過(guò)濾波器后，如果信號(hào)分辨率帶寬RBW > 10倍fmin時(shí)，通過(guò)濾波器掃描法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大或者壓縮、包絡(luò)檢波和視頻濾波處理獲取到信號(hào)頻譜；如果信號(hào)分辨率帶寬RBW ( 10倍fmin時(shí)，通過(guò)FFT掃描法，記錄下實(shí)際所需調(diào)諧頻點(diǎn)值或者理想調(diào)諧頻點(diǎn)值A(chǔ)與實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值的誤差Mf = furfi，其中，實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值U與最小調(diào)諧步進(jìn)fmin有如下的關(guān)系:fM = Mfmin M e [I, 2ν] η Z，Z表示整數(shù)集，再將得到的誤差Λ f轉(zhuǎn)化為FFT變換后數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差，其中，F(xiàn)FT變換結(jié)果中相鄰兩頻點(diǎn)之間的頻率間隔為RBW/2，則Λ f引起的頻率偏移為2 Δ f/RBff,最后根據(jù)Λ f為正還是負(fù)將FFT變換后的頻率序列向右或向左移動(dòng)round(2 Λ f/RBW)個(gè)點(diǎn)，獲取到信號(hào)頻譜，其中round(.)表示取最接近.的整數(shù)。
[0024]圖2是外差式頻譜儀修頻率正前的頻譜圖。
[0025]圖3是外差式頻譜儀頻率修正后的頻譜圖。
[0026]本實(shí)施例中，參考源振蕩器的步進(jìn)f,ef = IOOMHz，本振調(diào)諧精度為24位，則調(diào)諧步進(jìn)最小單位fmin = 5.96Hz，調(diào)諧誤差范圍為[-2.98Hz, 2.98Hz]。設(shè)計(jì)中，F(xiàn)FT譜分析對(duì)應(yīng)的RBW檔位包括30Hz、IOHz、3Hz和1Hz，在RBW = 3Hz時(shí)，Λ f最大產(chǎn)生2個(gè)頻點(diǎn)的偏差，而在RBff = IHz時(shí)，Λ f最大產(chǎn)生6個(gè)頻點(diǎn)的偏差，因此需要對(duì)FFT結(jié)果進(jìn)行修正，以消除射頻本振端調(diào)諧誤差。假設(shè)RBW= 1Hz，誤差A(yù)f = 2.98Hz，那么由Λ f所引起的頻率偏移點(diǎn)數(shù)近似等于6，即3Hz的偏差在頻域上映射為6個(gè)頻點(diǎn)，因此補(bǔ)償此偏差時(shí)，實(shí)際要取的頻率點(diǎn)應(yīng)該順著頻率軸往左移動(dòng)6個(gè)點(diǎn)，頻率校正前后的頻譜圖如圖2和圖3所示。
[0027]盡管上面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)、將射頻信號(hào)輸入到衰減器后，經(jīng)低通濾波器濾波后輸入到混頻器；(2)、將參考源產(chǎn)生的信號(hào)輸入到本振L0，再將本振L0的輸出信號(hào)輸入到混頻器；當(dāng)本振L0的調(diào)頻步進(jìn)控制子加1或者減1時(shí)，所述的本振L0調(diào)諧點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)的的最小調(diào)諧步進(jìn)fmin為:/- =.，其中，U為參考源步進(jìn)，N為本振L0頻率調(diào)頻精度，掃頻發(fā)生器在屏幕上產(chǎn)生從左往右的水平移動(dòng)，同時(shí)對(duì)本振L0進(jìn)行調(diào)諧，使本振L0頻率的變化與掃頻發(fā)生器的斜坡電壓成正比；(3)、將混頻器的輸出信號(hào)輸入到中頻濾波器濾波，如果濾波后的信號(hào)分辨率帶寬RBW> 10倍fmin時(shí)，通過(guò)濾波器掃描法對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大或者壓縮、包絡(luò)檢波和視頻濾波處理獲取到信號(hào)頻譜；如果濾波后的信號(hào)分辨率帶寬RBW ( 10倍fmin時(shí)，通過(guò)FFT掃描法，記錄下實(shí)際所需調(diào)諧頻點(diǎn)值或者理想調(diào)諧頻點(diǎn)值A(chǔ)與實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值的誤差:Λ f=furfi，其中，實(shí)際發(fā)送調(diào)諧頻點(diǎn)值與最小調(diào)諧步進(jìn)fmin有如下的關(guān)系:fw = MfminMe [1，2ν] η Z，Z表示整數(shù)集，再將得到的誤差Λ f轉(zhuǎn)化為FFT變換后數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差，其中，F(xiàn)FT變換結(jié)果中相鄰兩頻點(diǎn)之間的頻率間隔為RBW/2，則Λ f引起的頻率偏移為2 Δ f/RBW，最后根據(jù)Λ f為正還是負(fù)將FFT變換后的頻率序列向右或向左移動(dòng)round(2 Δ f/RBff)個(gè)點(diǎn)，獲取到信號(hào)頻譜，其中round(.)表示取最接近.的整數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01R23/165GK103630743SQ201310690052
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】羅光坤, 郭連平, 張勛, 張波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)