基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量裝置，它包括正交掃頻信號源，正交掃頻信號源的第一輸出端與第一乘法器和第三乘法器的連接，正交掃頻信號源的第二輸出端與第二乘法器和第四乘法器連接；獨立掃頻信號源與被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器、第二乘法器連接，被測網(wǎng)絡(luò)與第三乘法器、第四乘法器連接；第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器分別依次與低通濾波器、ADC模塊連接，ADC模塊與MCU模塊連接，MCU模塊與顯示器連接。本發(fā)明還提供一種基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量方法。該方法和裝置采用零中頻二次正交解調(diào)，解決了正交解調(diào)中的IQ失配問題，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)(電路)頻率特性的準確測量。
【專利說明】基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明利用通信電子領(lǐng)域中的零中頻原理提出了一種基于零中頻二次正交解調(diào) 的頻率特性測量方法及裝置，其主要應(yīng)用于頻率特性測試儀的研發(fā)與設(shè)計。

【背景技術(shù)】
[0002] 在測試某個電子設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)的性能時，其頻率特性測試是必不可少的?，F(xiàn)有的頻 率特性測量方法有多種，各有優(yōu)缺點。
[0003] -、利用分立元件。主要包括掃頻信號源、幅頻測量模塊、相頻測量模塊、頻率特 性顯示模塊，如圖1所示。其測量原理為掃頻信號源輸出一個正弦交流信號Acoson，分 別輸入到被測網(wǎng)絡(luò)、幅頻測量模塊、相頻測量模塊；被測網(wǎng)絡(luò)的輸出為W/ +的，分別 輸入到幅頻測量模塊、相頻測量模塊；幅頻測量模塊通過峰值檢波分別測出Acoson和 5c〇S(M+妁的幅度有效值，通過計算得出被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性曲線在顯示屏上顯示；相 頻測量模塊通過二極管平衡鑒相電路測出Acos ω t與〃cos(M+ </?)之間的相位差φ，通過 計算得出被測網(wǎng)絡(luò)的相頻特性曲線在顯示屏上顯示。無論是幅頻測量模塊還是相頻測量模 塊，都主要依賴于分立元件二極管檢波，而二極管檢波能力受頻率變化的影響，頻率越高， 二極管檢波誤差越大，進而無法實現(xiàn)頻率特性的精準測量。
[0004] 二、利用高速ADC。主要包括掃頻信號源、兩路高速ADC模塊、FPGA+MCU數(shù)字信 號處理模塊、顯示模塊，如圖2所示。其測量原理為掃頻信號源輸出一個正弦交流信號 Acosωt，一路直接輸入到高速ADCl，另一路經(jīng)過被測網(wǎng)絡(luò)以后輸入到高速ADC2,則兩路信 號Acosωt和6cos(ft>/ + <p)通過高速ADC后得到數(shù)字量送入FPGA和MCU處理，經(jīng)過頻率特 性測量算法，可以測出幅頻特性曲線和相頻特性曲線，然后在屏幕上顯示。該方法雖然能夠 測量頻率特性，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高、成本高、算法實現(xiàn)困難，而且高速ADC的轉(zhuǎn)換精度和 頻率特性都會直接影響到頻率特性測量的精度。
[0005] 三、利用集成幅度相位檢測芯片。主要包括掃頻信號源、幅度相位檢測芯片 AD8302、信號調(diào)理模塊、ADC及數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊，如圖3所示。其測量原理類似與方 法二，只是將兩路?目號Acos ω t和+中)直接送入專用的幅度相位檢測芯片AD8302 進行處理，并由VMAG和VPHS兩個引腳輸出兩個直流電壓值，經(jīng)過信號調(diào)理和ADC后，利用MCU計算出幅頻特性和相頻特性，并在顯示屏上顯示。該方法過于依賴AD8302芯片的性能， 該芯片幅度測量較為精確，但是相位測量卻有較大誤差，特別是在0°、180°、-180°這幾 個相位點，會產(chǎn)生相頻特性曲線的突變和畸變，這是該方案在相頻測量上的局限性。
[0006] 因此，我們迫切需要一種新的頻率特性測試裝置及方法，以準確測量電子設(shè)備或 網(wǎng)絡(luò)的頻率特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量方法及裝置。該方法和 裝置采用射頻接收機技術(shù)中的零中頻正交解調(diào)原理，通過二次正交解調(diào)解決了IQ信號失 配問題從而提高頻率特性測量精度，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)（電路）頻率特性的準確測量。
[0008] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：
[0009] 本發(fā)明提供一種基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量裝置，它包括正交掃頻 信號源和獨立掃頻信號源，
[0010] 所述正交掃頻信號源的第一輸出端分別與第一乘法器和第三乘法器的輸入端連 接，所述正交掃頻信號源的第二輸出端分別與第二乘法器和第四乘法器的輸入端連接； [0011] 所述獨立掃頻信號源的輸出端分別與被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器、第二乘法器的輸入 端連接，被測網(wǎng)絡(luò)的輸出端分別與第三乘法器、第四乘法器的輸入端連接；
[0012] 所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的輸出端分別依次與低 通濾波器、ADC模塊連接，所述ADC模塊的輸出端與MCU模塊的輸入端連接，所述MCU模塊 的輸出端與顯示器連接。
[0013] 本發(fā)明還提供一種利用基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量裝置進行頻率 特性測量的方法，它包括以下步驟：
[0014] 將正交掃頻信號源輸出的信號Acoson分別送入第一乘法器和第三乘法器中；正 交掃頻信號源輸出的信號Asinωt分別送入第二乘法器和第四乘法器中；
[0015] 將獨立掃頻信號源輸出的信號6c〇s(?/ +㈧送入被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器和第二乘 法器中；將被測網(wǎng)絡(luò)輸出的信號('c〇S(M+ (/) +的（其中，C為信號峰值，ω為信號角頻率，W+ ^為信號相位，t為時間）送入第三乘法器和第四乘法器中；
[0016] 將第一乘法器輸出的信號+W+ 送入第一低通濾波器中，將 AB 第一低通濾波器輸出的信號cosP送入第一ADC模塊中，第一ADC模塊輸出的信號送入MCU模塊中； AR 4R
[0017] 將第二乘法器輸出的信號1~如(2如+ (/))-j-siru/)送入第二低通濾波器中，將 AR 第二低通濾波器輸出的信號-l-sinp送入第二ADC模塊中，第二ADC模塊輸出的信號送入MCU模塊中；
[0018] 將第三乘法器輸出的信號+φ+ 0) +fcosk+ 0)送入第三低通濾波 器中，將第三低通濾波器輸出的信號fcos(<p+ 0)送入第三ADC模塊中，第三ADC模塊輸出 的信號送入MCU模塊中；
[0019] 將第四乘法器輸出的信號fSinpiy/+p+ 0)-fSink+ 0)送入第四低通濾波 器中，將第四低通濾波器輸出的信號-fsink+ 0)送入第四ADC模塊中，第四ADC模塊輸 出的信號送入MCU模塊中；
[0020] 所述MCU模塊經(jīng)過計算得出被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻和相頻特性，并將該幅頻和相頻特性 在顯示器上顯示。
[0021] 本發(fā)明中：
[0022] 正交掃頻信號源：用于產(chǎn)生指定頻率范圍的兩路正交掃頻信號，兩路信號一般表 達式分別為：Acosωt和Asinωt(A為信號峰值，ω為信號角頻率，t為時間），其特點是頻 率相同、幅度相等、信號正交（相位差為90° )，具有帶50Ω負載能力；
[0023] 獨立掃頻信號源：用于產(chǎn)生與正交掃頻信號源相同頻率的正弦交流信號，而幅度 和相位可以為任意值，具有帶50Ω負載能力，其信號一般表達式為：+的（B為信 號峰值，ω為信號角頻率，P為信號相位，t為時間）；
[0024] 乘法器：用于兩路正弦信號相乘，其輸出即為兩路正弦信號相乘的結(jié)果；
[0025] 低通濾波器：用于濾除對應(yīng)的乘法器輸出的交流分量，獲得其直流偏置電壓；
[0026] ADC模塊：用于采集對應(yīng)的低通濾波器輸出的直流電壓，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量， 送入MCU處理；
[0027] MCU模塊：用于控制正交掃頻信號源和獨立掃頻信號源的信號輸出，并且通過4換 個ADC模塊的四個數(shù)字量計算出被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻和相頻特性。
[0028] 本發(fā)明中，通過MCU模塊控制正交掃頻信號源輸出指定頻率范圍的兩路正交掃頻 信號Acosωt和Asinωt，控制獨立掃頻信號源輸出與正交掃頻信號源相同頻率但幅度相 位任意的正弦交流信號BcoMm+爐）。
[0029] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明解決了分立元件方案中隨頻率變化，頻率特性測 量精度下降的問題以及頻率測量范圍的局限性。對比高速ADC方案，本發(fā)明摒棄了復(fù)雜的 算法和軟件校準，系統(tǒng)復(fù)雜度小，硬件電路較為簡潔。本發(fā)明克服了利用集成幅相檢測芯片 測量所帶來的相頻特性曲線畸變和突變等問題。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)零中頻正交解調(diào)中IQ 失配帶來的解調(diào)精度下降等問題，通過二次正交解調(diào)實現(xiàn)IQ信號高匹配度（高IQ匹配度 是指IQ信號不失配時信號正交的程度）從而提高頻率特性測量精度，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)（電 路）頻率特性的準確測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為分立元件測量頻率特性框圖。
[0031] 圖2為高速ADC測量頻率特性框圖。
[0032] 圖3為集成幅度相位檢測芯片測量頻率特性框圖。
[0033] 圖4為零中頻二次正交解調(diào)測量頻率特性框圖。
[0034] 圖5為零中頻二次正交解調(diào)控制框圖。

【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
[0036] 參見圖4、圖5, 一種基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量裝置，它包括正交 掃頻信號源和獨立掃頻信號源，
[0037] 所述正交掃頻信號源的第一輸出端分別與第一乘法器和第三乘法器的輸入端連 接，所述正交掃頻信號源的第二輸出端分別與第二乘法器和第四乘法器的輸入端連接；
[0038] 所述獨立掃頻信號源的輸出端分別與被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器、第二乘法器的輸入 端連接，被測網(wǎng)絡(luò)的輸出端分別與第三乘法器、第四乘法器的輸入端連接；
[0039] 所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的輸出端分別依次與低 通濾波器、ADC模塊連接，所述ADC模塊的輸出端與MCU模塊的輸入端連接，所述MCU模塊 的輸出端與顯示器連接；
[0040] 所述MCU模塊輸出正交掃頻信號和獨立掃頻信號，該正交掃頻信號的第一輸出信 號輸入第一乘法器和第三乘法器中，所述正交掃頻信號的第二輸出信號輸入第二乘法器和 第四乘法器中；該獨立掃頻信號輸入被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器、第二乘法器中。
[0041] 本發(fā)明還提供一種利用上述基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量裝置進行 頻率特性測量的方法，它主要包括以下步驟：
[0042] 將正交掃頻信號源輸出的信號Acoson分別送入第一乘法器和第三乘法器中；正 交掃頻信號源輸出的信號Asinωt分別送入第二乘法器和第四乘法器中；
[0043] 將獨立掃頻信號源輸出的信號+爐)送入被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器和第二乘 法器中；由于信號經(jīng)過被測網(wǎng)絡(luò)后，幅度和相位均會發(fā)生改變，但其頻率不會發(fā)生變化。設(shè) 被測網(wǎng)絡(luò)的輸出信號為：CC〇S((yi+爐+ 0)，將被測網(wǎng)絡(luò)輸出的信號CC〇S(W+免+ 0)送入第 三乘法器和第四乘法器中； AB/ 、AB
[0044] 將第一乘法器輸出的信號i-cos(2fW+ <^) +i-coS(p送入第一低通濾波器中，將 第一低通濾波器輸出的信號j-cos^送入第一ADC模塊中，第一ADC模塊輸出的信號送入MCU模塊中； AB , 、AB
[0045] 將第二乘法器輸出的信號ysm(2wr-h史)--fSin史送入第二低通濾波器中，將第 AB 二低通濾波器輸出的信號-jSinP送入第二ADC模塊中，第二ADC模塊輸出的信號送入MCU模塊中；
[0046] 將第三乘法器輸出的信號#C〇s(2敁+<p+ 0) + ^C〇如+ 0)送入第三低通濾波 L L 器中，將第三低通濾波器輸出的信號COS& + 6>)送入第三ADC模塊中，第三ADC模塊輸出 的信號送入MCU模塊中；
[0047] 將第四乘法器輸出的信號fsin(2敁+供+句-fSir^ +句送入第四低通濾波 器中，將第四低通濾波器輸出的信號-^sink+以送入第四ADC模塊中，第四ADC模塊輸 L 出的信號送入MCU模塊中；
[0048] 所述MCU模塊經(jīng)過計算得出被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻和相頻特性，并將該幅頻和相頻特性 在顯示器上顯示；
[0049] 所述MCU模塊輸出正交掃頻信號和獨立掃頻信號，該正交掃頻信號的第一輸出信 號輸入第一乘法器和第三乘法器中，所述正交掃頻信號的第二輸出信號輸入第二乘法器和 第四乘法器中；該獨立掃頻信號輸入被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器、第二乘法器中。
[0050] 本發(fā)明中，4個乘法器的輸出均為一個直流偏置上的交流信號，由于每個乘法器的 輸入不同，其輸出值也不一樣，主要表現(xiàn)在直流偏置的差異。經(jīng)過同一結(jié)構(gòu)形式的低通濾波 器以后，乘法器輸出的交流分量基本完全濾除，即可得到四路直流分量。
[0051] 本發(fā)明中，4個ADC模塊的輸入即為對應(yīng)的低通濾波器的輸出，也即是四路直流分 量的值。經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換以后，將對應(yīng)的數(shù)字量送入MCU模塊進行處理，MCU模塊可以利用4個 ADC模塊輸出值推算出被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻和相頻特性。
[0052] MCU模塊控制正交掃頻信號源輸出指定頻率范圍的兩路正交掃頻信號Acos ω t和 Asin? t，控制獨立掃頻信號源輸出與正交掃頻信號源相同頻率但幅度相位任意的正弦交 流信號Scos(如+的。其中信號Acos ω t送入第一乘法器和第三乘法器中，信號Asin ω t送 入第二乘法器和第四乘法器中，信號5c〇S(iy/ +的送入被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器和第二乘法器 中，被測網(wǎng)絡(luò)的輸出信號CCOs(O)J1 +供+的送入乘法器3和乘法器4中。
[0053] 在圖4中，通過對乘法器的輸入信號做乘法運算，可以得到乘法器的輸出信號分 別為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量裝置，其特征在于：它包括正交掃頻 信號源和獨立掃頻信號源， 所述正交掃頻信號源的第一輸出端分別與第一乘法器和第三乘法器的輸入端連接，所 述正交掃頻信號源的第二輸出端分別與第二乘法器和第四乘法器的輸入端連接； 所述獨立掃頻信號源的輸出端分別與被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器、第二乘法器的輸入端連 接，被測網(wǎng)絡(luò)的輸出端分別與第三乘法器、第四乘法器的輸入端連接； 所述第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器和第四乘法器的輸出端分別依次與低通濾 波器、ADC模塊連接，所述ADC模塊的輸出端與MCU模塊的輸入端連接，所述MCU模塊的輸 出端與顯示器連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量裝置，其特征在于： 所述MCU模塊輸出正交掃頻信號和獨立掃頻信號，該正交掃頻信號的第一輸出信號輸入第 一乘法器和第三乘法器中，所述正交掃頻信號的第二輸出信號輸入第二乘法器和第四乘法 器中；該獨立掃頻信號輸入被測網(wǎng)絡(luò)、第一乘法器、第二乘法器中。
3. -種利用權(quán)利要求1、2任一所述的基于零中頻二次正交解調(diào)的頻率特性測量裝置 進行頻率特性測量的方法，其特征在于：它包括以下步驟： 將正交掃頻信號源輸出的信號Acoson分別送入第一乘法器和第三乘法器中；正交掃 頻信號源輸出的信號Asinon分別送入第二乘法器和第四乘法器中；
號送入MCU模塊中； 所述MCU模塊經(jīng)過計算得出被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻和相頻特性，并將該幅頻和相頻特性在顯 示器上顯示。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述MCU模塊輸出正交掃頻信號和獨立掃 頻信號，該正交掃頻信號的第一輸出信號輸入第一乘法器和第三乘法器中，所述正交掃頻 信號的第二輸出信號輸入第二乘法器和第四乘法器中；該獨立掃頻信號輸入被測網(wǎng)絡(luò)、第 一乘法器、第二乘法器中。
【文檔編號】G01R27/28GK104483556SQ201410753357
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】黃光明, 李裕, 石蒼松, 嚴建橋 申請人:華中師范大學(xué)