一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法
【專利摘要】本發明公開了一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法，當信號送入到外差式頻譜分析儀通過處理后判斷分辨率帶寬RBW，如果當RBW＞10倍fmin時，通過濾波器掃描法對信號進行放大或者壓縮，包絡檢波，視頻濾波處理獲取到信號頻譜；當RBW≤10倍fmin時，通過FFT掃描法將記錄的調諧頻點值和實際發送調諧頻點值的差值經FFT變換后轉化為數據點的誤差進行頻譜誤差消除，從而提高了識別頻譜精準度。
【專利說明】一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于信號處理【技術領域】，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】
[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，也稱為并聯型濾波器，對于不同的信號頻率，采用不同的濾波器進行處理，最后由多任務掃描器將信號傳輸到屏幕上顯示，但是這種頻譜儀結構需多組濾波器，資源消耗比較多，成本較聞。
[0003]外差式頻譜分析儀可以實現對高頻信號進行多級變頻，因此掃頻式外差頻譜儀可以對頻率很高的信號進行分析，同時具有分辨率較高，測量速度快，成本較低等優勢，從而獲得廣泛應用。由于近年來數字信號處理技術的不斷發展，各種數字芯片的處理速度越來越快，資源越來越豐富，價格越來越低。頻譜儀的中頻處理技術逐步從模擬中頻轉向數字中頻，與傳統的模擬中頻相比，數字中頻具有穩定性更高，成本更低，更利于生產調試等優點。
[0004]外差式頻譜儀通過混頻得到所需要的頻點的基本信息，并通過更改本振頻率來獲得一個頻段，掃描就是不斷更新本振頻率，使得本振信號剛好掃過一個頻點，達到測量目的。輸入信號首先經過一個衰減器，保證信號輸入混頻器時處于合適的電平上，從而防止過載、增益壓縮和信號的失真，信號通過衰減器之后經過一個低通濾波器，這個地方的低通濾波器的主要作用是:阻止高頻信號進入混頻器，防止帶外信號與本振相混頻在中頻產生多余的頻率響應，接下來，輸入信號與來自本振LO的信號相混頻，混頻后的信號落到中頻濾波器IF的通帶內，該信號通過濾波器后，進行包括信號的放大或者壓縮，包絡檢波，視頻濾波以及顯示等處理。掃頻發生器在屏幕上產生從左往右的水平移動，同時對本振進行調諧，使本振頻率的變化與掃頻發生器的斜坡電壓成正比。
[0005]頻譜儀中，混頻得到的數字中頻信號進入現場可編程門陣列(FPGA，Field —Programmable Gate Array)后，首先對其數字下變頻處理,把模數變換器(ADC, Analog toDigital Converter)輸出的信號變為零中頻的基帶信號，同時完成抽取降數率操作。下變頻后的基帶信號根據RBW的不同，有兩種通道處理方案:RBW > 10倍fmin時，在FPGA中通過檢波算法得到信號的功率譜，這種方法稱為濾波器掃描法；RBW ( 10倍fmin時，送到數字信號處理(DSP, Digital Signal Processing)中進行快速傅里葉變換(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調諧點能夠實現的最小調諧步進，因此，RBff > 10倍fmin采用傳統的包絡檢波，視頻濾波等處理獲得信號的頻譜，而在RBW ( 10倍fmin時，可采用FFT算法計算信號的頻譜
[0006]然而本振LO調諧點的精度有限，當調頻步進控制字加I或者減I時，LO調諧點能
夠實現的最小調諧步進fmin為:fmin=fref/2N；[0007]其中，fref為參考源步進,N為本振頻率調頻精度，調頻步進是前端調諧頻點變化的最小單位，因此調諧頻點的變化并不是任意的，只能以調頻步進的整數倍變化，而在兩個相鄰可調諧頻點間的頻點是不能實現的，只能量化到誤差最小的可調諧頻點上，其誤差范圍為[-0.5fmin, 0.5fmin]。因此，當整個系統的分辨率帶寬RBW > 10倍fmin時，對最終測試結果影響并不是很大；反之RBW ( 10倍fmin誤差影響就比較明顯。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種外差式頻譜分析儀頻率修正的方法，將記錄的調諧頻點值和實際發送調諧頻點值的差值經FFT變換后轉化為數據點的誤差進行頻譜誤差消除，從而提高了頻譜精準度。
[0009]為實現上述發明目的，本發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)、將射頻信號輸入到衰減器后，經低通濾波器濾波后輸入到混頻器；
[0011](2)、將參考源產生的信號輸入到本振L0，再將本振L0的輸出信號輸入到混頻器，當本振L0的調頻步進控制字加1或者減1時，所述的本振L0調諧點能夠實現的最小調諧
步進fmin為:，其中，fref為參考源步進，N為本振L0頻率調頻精度；掃頻發生器
在屏幕上產生從左往右的水平移動，同時對本振L0進行調諧，使本振L0頻率的變化與掃頻發生器的斜坡電壓成正比；
[0012](3)、將混頻器的輸出信號輸入到中頻濾波器濾波，如果濾波后的信號分辨率帶寬RBW > 10倍fmin時，通過濾波器掃描法對信號進行放大或者壓縮、包絡檢波和視頻濾波處理獲取到信號頻譜；如果濾波后的信號分辨率帶寬RBW ( 10倍fmin時，通過FFT掃描法，記錄下實際所需調諧頻點值或者理想調諧頻點值A與實際發送調諧頻點值的誤差:Δ f = furfi，其中，實際發送調諧頻點值與最小調諧步進fmin有如下的關系A = MfminMe [1，2ν] η Z，Z表示整數集，再將得到的誤差Λ f轉化為FFT變換后數據點的誤差，其中，FFT變換結果中相鄰兩頻點之間的頻率間隔為RBW/2，則Λ f引起的頻率偏移為2 Δ f/RBW，最后根據Λ f為正還是負將FFT變換后的頻率序列向右或向左移動round(2 Δ f/RBff)個點，獲取到信號頻譜，其中round(.)表示取最接近.的整數。
[0013]本發明的發明目的是這樣實現的:
[0014]本發明外差式頻譜分析儀頻率修正的方法，當信號送入到外差式頻譜分析儀通過處理后判斷分辨率帶寬RBW，如果當RBW > 10倍fmin時，通過濾波器掃描法對信號進行放大或者壓縮，包絡檢波，視頻濾波處理獲取到信號頻譜；當RBW < 10倍fmin時，通過FFT掃描法將記錄的調諧頻點值和實際發送調諧頻點值的差值經FFT變換后轉化為數據點的誤差進行頻譜誤差消除，從而提高了識別頻譜精準度。
[0015]同時，本發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，能夠提高信號的采用效率，節約采用時間，同時在FFT掃描法中通過將記錄的調諧頻點值和實際發送調諧頻點值的差值經FFT變換后轉化為數據點的誤差進行頻譜誤差消除，從而提高了頻譜精準度。【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發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。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0021]實施例
[0022]圖1是本發明外差式頻譜分析儀頻率修正方法的基本原理框圖。
[0023]在本實施例中，參考源以振蕩器為例，如圖1所示，本發明的輸入信號首先經過一個衰減器，保證信號輸入混頻器時處于合適的電平上，從而防止過載、增益壓縮和信號的失真，信號通過衰減器之后經過一個低通濾波器，這個地方的低通濾波器的主要作用是:阻止高頻信號進入混頻器，防止帶外信號與本振相混頻在中頻產生多余的頻率響應，接下來，參考振蕩器產生的信號輸入到本振L0，再將信號輸入到混頻器，然而本振LO調諧點的精度有限，當調頻步進控制字加I或者減I時，所述的本振LO調諧點能夠實現的最小調諧步進fmin
為:./-=.，其中，fref為參考振蕩器步進，N為本振LO頻率調頻精度，掃頻發生器在屏幕
上產生從左往右的水平移動，同時對本振LO進行調諧，使本振LO頻率的變化與掃頻發生器的斜坡電壓成正比；輸入信號與來自本振LO的信號相混頻，混頻后的信號落到中頻濾波器IF的通帶內，該信號通過濾波器后，如果信號分辨率帶寬RBW > 10倍fmin時，通過濾波器掃描法對信號進行放大或者壓縮、包絡檢波和視頻濾波處理獲取到信號頻譜；如果信號分辨率帶寬RBW ( 10倍fmin時，通過FFT掃描法，記錄下實際所需調諧頻點值或者理想調諧頻點值A與實際發送調諧頻點值的誤差Mf = furfi，其中，實際發送調諧頻點值U與最小調諧步進fmin有如下的關系:fM = Mfmin M e [I, 2ν] η Z，Z表示整數集，再將得到的誤差Λ f轉化為FFT變換后數據點的誤差，其中，FFT變換結果中相鄰兩頻點之間的頻率間隔為RBW/2，則Λ f引起的頻率偏移為2 Δ f/RBff,最后根據Λ f為正還是負將FFT變換后的頻率序列向右或向左移動round(2 Λ f/RBW)個點，獲取到信號頻譜，其中round(.)表示取最接近.的整數。
[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]本實施例中，參考源振蕩器的步進f,ef = IOOMHz，本振調諧精度為24位，則調諧步進最小單位fmin = 5.96Hz，調諧誤差范圍為[-2.98Hz, 2.98Hz]。設計中，FFT譜分析對應的RBW檔位包括30Hz、IOHz、3Hz和1Hz，在RBW = 3Hz時，Λ f最大產生2個頻點的偏差，而在RBff = IHz時，Λ f最大產生6個頻點的偏差，因此需要對FFT結果進行修正，以消除射頻本振端調諧誤差。假設RBW= 1Hz，誤差Af = 2.98Hz，那么由Λ f所引起的頻率偏移點數近似等于6，即3Hz的偏差在頻域上映射為6個頻點，因此補償此偏差時，實際要取的頻率點應該順著頻率軸往左移動6個點，頻率校正前后的頻譜圖如圖2和圖3所示。
[0027]盡管上面對本發明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本【技術領域】的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于【具體實施方式】的范圍，對本【技術領域】的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
【權利要求】
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)、將射頻信號輸入到衰減器后，經低通濾波器濾波后輸入到混頻器；(2)、將參考源產生的信號輸入到本振L0，再將本振L0的輸出信號輸入到混頻器；當本振L0的調頻步進控制子加1或者減1時，所述的本振L0調諧點能夠實現的的最小調諧步進fmin為:/- =.，其中，U為參考源步進，N為本振L0頻率調頻精度，掃頻發生器在屏幕上產生從左往右的水平移動，同時對本振L0進行調諧，使本振L0頻率的變化與掃頻發生器的斜坡電壓成正比；(3)、將混頻器的輸出信號輸入到中頻濾波器濾波，如果濾波后的信號分辨率帶寬RBW> 10倍fmin時，通過濾波器掃描法對信號進行放大或者壓縮、包絡檢波和視頻濾波處理獲取到信號頻譜；如果濾波后的信號分辨率帶寬RBW ( 10倍fmin時，通過FFT掃描法，記錄下實際所需調諧頻點值或者理想調諧頻點值A與實際發送調諧頻點值的誤差:Λ f=furfi，其中，實際發送調諧頻點值與最小調諧步進fmin有如下的關系:fw = MfminMe [1，2ν] η Z，Z表示整數集，再將得到的誤差Λ f轉化為FFT變換后數據點的誤差，其中，FFT變換結果中相鄰兩頻點之間的頻率間隔為RBW/2，則Λ f引起的頻率偏移為2 Δ f/RBW，最后根據Λ f為正還是負將FFT變換后的頻率序列向右或向左移動round(2 Δ f/RBff)個點，獲取到信號頻譜，其中round(.)表示取最接近.的整數。
【文檔編號】G01R23/165GK103630743SQ201310690052
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】羅光坤, 郭連平, 張勛, 張波 申請人:電子科技大學