一种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置和方法
【专利摘要】本发明提出了一种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置，射频信号通过超宽带同轴连接器输入，经第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括一个或多个频段；扩频频段信号经过带通滤波、以及放大或直通处理后，输入到混频器；内置点频本振源，锁定在外部信号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生扩频所需的一个或多个点频本振信号，分别输入到对应扩频频段的混频器，与射频信号进行混频，产生原信号/频谱分析仪工作频段内的信号；扩频频段混频产生的信号合为一路，进行滤波放大后输入到第二开关双工组件，与原频段信号合为一路输出，进入到信号/频谱分析仪的射频端口进行后续分析处理。
【专利说明】
一种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及信号频域分析领域，特别涉及一种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频 的装置，还涉及一种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的方法。
【背景技术】
[0002] 现代信号/频谱分析仪具有优良的测试动态范围、相位噪声、测试幅度精度和测试 速度，是信号频域分析的重要工具，广泛应用于微波通信、雷达、导航、电子对抗、EMC测试等 领域。随着科学技术的不断发展，对信号/频谱分析仪的频率范围、测试灵敏度等提出了更 高的要求。
[0003] 现有的信号/频谱分析仪进行频段扩展主要有两种方案，一种是RS公司采用传统 的方案，通过设计超宽带的前端程控步进衰减器、开关、复杂的变频链路等，实现了一体化 的67GHz、85GHz超宽带信号/频谱分析仪，可以实现3Hz-67GHz或3Hz-85GHz全频段的快速扫 描测试。
[0004] 另一种现有技术方案是采用系列波导频段的扩频模块，射频信号通过标准矩形波 导接口输入，与信号/频谱分析仪提供的内部本振信号，根据预先设定的混频公式，配置相 应的控制软件，在扩频模块内进行混频。有的方案是混频直接产生较低频率的中频信号输 入到信号/频谱分析仪的"中频输入"端口；有的方案是混频后产生较高的第一中频信号，输 入到信号/频谱分析仪的"射频"端口，然后进行分析处理，并在信号/频谱分析仪上显示结 果。
[0005] RS公司一体化超宽带信号/频谱分析仪方案成本高，价格昂贵;并且，该方案中前 端程控步进衰减器及互联电缆在高频段具有较大的插入损耗，将降低整机该频段的测试灵 敏度指标。
[0006] 采用系列波导频段扩频模块的方案，每次只能进行单个波导频段的测试，不能进 行超宽带全频段快速扫描测试分析。并且，该扩频方案需要利用信号/频谱分析仪的内部本 振信号，并由信号/频谱分析仪配备专用的软件进行控制，要求扩频模块和信号/频谱分析 仪必须兼容，如果扩频模块和信号/频谱分析仪不是同一个厂家，或一个厂家不同时期的产 品，就可能存在无法连接测试的问题。部分波段方案未配置用于滤除镜像、多重等寄生响应 的预选器，只能采用主机软件算法或者二次计算法进行镜频、多重寄生信号的识别，降低了 信号测量精度和测量速度。
【发明内容】
[0007] 为解决上述现有技术中的不足，本发明提出了一种实现信号/频谱分析仪超宽带 扩频的装置和方法。
[0008] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0009] -种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置，射频信号通过超宽带同轴连接器 输入，经第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括一个或多个频段;扩频频 段信号经过带通滤波、以及放大或直通处理后，输入到混频器；内置点频本振源，锁定在外 部信号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生扩频所需的一个 或多个点频本振信号，分别输入到对应扩频频段的混频器，与射频信号进行混频，产生原信 号/频谱分析仪工作频段内的信号;扩频频段混频产生的信号合为一路，进行滤波放大后输 入到第二开关双工组件，与原频段信号合为一路输出，进入到信号/频谱分析仪的射频端口 进行后续分析处理。
[0010]可选地，上述的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置，内置FPGA、存储器及控 制电路，接收外部计算机的程控命令进行频段选择、放大或直通控制，并存储了扩频装置的 直通损耗、高波段变频损耗信息，在外部计算机的控制下，与信号/频谱分析仪共同完成超 宽带信号的快速扫描测试，配合扩频软件，根据信号/频谱分析仪的测试数据、扩频装置的 开关配置以及内部本振源的设置信息，在外部计算机上显示全频段信号信息，实现全频段 快速扫频测试分析。
[0011] 可选地，输入信号通过第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括 第一扩频频段以及第二扩频频段，第一扩频频段以及第二扩频频段两个频段信号分别经过 带通滤波、以及放大或直通处理后，分别输入到第一混频器和第二混频器；内置点频本振 源，锁定在外部信号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生两 个点频本振信号，分别输入到第一混频器和第二混频器，与第一扩频频段以及第二扩频频 段两段信号进行混频，输出信号合为一路后进行滤波放大，然后输入到第二开关双工组件， 与原频段信号合为一路输出，进入到信号/频谱分析仪的射频端口进行后续分析处理。
[0012] 可选地，第一扩频频段信号以及第二扩频频段信号分别通过第一带通滤波器和第 二带通滤波器，滤除该频段对应的镜像频率和中频频段信号，实现对镜像和多重响应的抑 制。
[0013] 本发明还提供了一种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的方法，射频信号通过超 宽带同轴连接器输入，经第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括一个或 多个频段;扩频频段信号经过带通滤波、以及放大或直通处理后，输入到混频器；内置点频 本振源，锁定在外部信号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产 生扩频所需的一个或多个点频本振信号，分别输入到对应扩频频段的混频器，与射频信号 进行混频，产生原信号/频谱分析仪工作频段内的信号；扩频频段混频产生的信号合为一 路，进行滤波放大后输入到第二开关双工组件，与原频段信号合为一路输出，进入到信号/ 频谱分析仪的射频端口进行后续分析处理。
[0014] 可选地，上述的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的方法，内置FPGA、存储器及控 制电路，接收外部计算机的程控命令进行频段选择、放大或直通控制，并存储了扩频装置的 直通损耗、高波段变频损耗信息，在外部计算机的控制下，与信号/频谱分析仪共同完成超 宽带信号的快速扫描测试，配合扩频软件，根据信号/频谱分析仪的测试数据、扩频装置的 开关配置以及内部本振源的设置信息，在外部计算机上显示全频段信号信息，实现全频段 快速扫频测试分析。
[0015] 可选地，输入信号通过第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括 第一扩频频段以及第二扩频频段两个频段，第一扩频频段以及第二扩频频段两个频段信号 分别经过带通滤波、以及放大或直通处理后，分别输入到第一混频器和第二混频器；内置点 频本振源，锁定在外部信号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频， 产生两个点频本振信号，分别输入到第一混频器和第二混频器，与第一扩频频段以及第二 扩频频段两段信号进行混频，输出信号合为一路后进行滤波放大，然后输入到第二开关双 工组件，与原频段信号合为一路输出，进入到信号/频谱分析仪的射频端口进行后续分析处 理。
[0016] 可选地，第一扩频频段信号以及第二扩频频段信号分别通过第一带通滤波器和第 二带通滤波器，滤除该频段对应的镜像频率和中频频段信号，实现对镜像和多重响应的抑 制。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] (1)便捷扩频，实现全频段快速扫频测试分析:在低频段信号/频谱分析仪的基础 上，利用本发明的装置和方法，可便捷的实现高性价比的频段扩展，进行全频段快速扫频测 试分析。
[0019] (2)全频段无模糊信号显示，无需进行信号鉴别：通过合理的频段划分及滤波设 置，滤除扩展频段混频对应的镜像频率，无需进行信号鉴别，实现全频段信号的真实解析。
[0020] (3)拓展频段可获得更高的测试灵敏度:扩频装置中50GHZ-86GHZ频段，分段设置 低噪声放大器，实现了高灵敏度接收测试；因扩频装置中无前端程控步进衰减器及互联电 缆，该频段可获得较一体化信号/频谱分析仪更高的灵敏度。
[0021] (4)具有较低的相位噪声：内置低相噪点频本振源，可通过信号/频谱分析仪输出 的10MHz参考信号进行同步，采用倍频方式获得50GHz-86GHz频段混频所需的低相噪本振信 号，满足信号测试需要。
[0022] (5)具有更高的兼容性:仅需外部信号/频谱分析仪提供10MHz参考信号，信号/频 谱分析仪的控制及数据读取采用SCPI标准协议，这都是绝大多数测试仪器都必备的功能， 兼容性更高。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本发明的扩频装置的控制框图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]目前扩展信号/频谱分析仪工作频率范围的技术方案是采用系列波导频段的扩频 模块，通过信号/频谱分析仪提供的内部本振信号，与射频信号进行混频，产生的中频信号 再接入到信号/频谱分析仪进行分析处理。现有的技术方案每次只能进行单个波导波段的 测试，不能进行超宽带全频段快速扫描测试分析。
[0027] 本发明构建了一种内置本振源的扩频装置，利用该装置可以非常简便地对信号/ 频谱分析仪进行扩展，实现超宽带全频段快速扫描测试，并且在拓展频段，该装置具有更高 的测试灵敏度。本发明的扩频装置不需要对原有的信号/频谱分析仪进行特殊的升级改造， 原信号/频谱分析仪仍可以正常使用。
[0028] 本发明的扩频装置组成的系统中还包括配置软件、电源适配器、外控计算机、信 号/频谱分析仪。本发明的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置，射频信号通过超宽带 同轴连接器输入，经第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括一个或多个 频段;扩频频段信号经过带通滤波、以及放大或直通处理后，输入到混频器；内置点频本振 源，锁定在外部信号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生扩 频所需的一个或多个点频本振信号，分别输入到对应扩频频段的混频器，与射频信号进行 混频，产生原信号/频谱分析仪工作频段内的信号;扩频频段混频产生的信号合为一路，进 行滤波放大后输入到第二开关双工组件，与原频段信号合为一路输出，进入到信号/频谱分 析仪的射频端口进行后续分析处理。
[0029] 本发明的扩频装置内置FPGA、存储器及控制电路，可接收外部计算机的程控命令 进行频段选择、放大或直通控制，并存储了扩频装置的直通损耗、高波段变频损耗等信息， 在外部计算机的控制下，与信号/频谱分析仪共同完成超宽带信号的快速扫描测试，配合扩 频软件，根据信号/频谱分析仪的测试数据、扩频装置的开关配置以及内部本振源的设置等 信息，可以在外部计算机上显示全频段信号信息，实现全频段快速扫频测试分析。
[0030] 图1给出了本发明扩频装置的控制框图，如图1所示，本发明的扩频装置包括:开关 双工组件1-2、开关11-η2、开关组件1-2、带通滤波器1-n、放大器1-n、混频器1-n、点频本振 源、倍频组件、FPGA及控制电路。
[0031] 输入信号通过开关双工组件1分为原频段和扩频频段，扩频频段包括多个频段，多 个频段信号分别经过带通滤波处理、开关选择、放大或直通处理、开关选择后，分别输入到 混频器1……混频器η;内置点频本振源，锁定在外部信号/频谱分析仪提供的信号参考上， 通过倍频组件进行多次倍频，产生η个点频本振信号，分别输入到混频器1……混频器η，与 多个频段信号进行混频，输出信号通过开关组件2合为一路后进行滤波放大，然后输入到开 关双工组件2,与原频段信号合为一路输出，进入到信号/频谱分析仪的射频端口进行后续 分析处理。
[0032] 本发明的扩频装置和方法设置了带通滤波器1……带通滤波器η，分别通过多个频 段信号，滤除该频段对应的镜像频率和中频频段信号，实现对镜像和多重响应的抑制，保证 信号/频谱分析仪的正常测量功能;本发明的扩频装置和方法不需要主机软件算法修正和 外部二次计算来进行信号识别，提高测试速度并且能够大幅提高小信号测量能力。
[0033] 本发明的扩频装置和方法设置了前端放大或直通选择电路，可根据测试信号的大 小，开关选择放大或直通，提高扩频装置的测试灵敏度和动态范围。
[0034] 上述实施例中，以3Hz-50GHz信号/频谱分析仪扩展到3Hz-86GHz为例，输入的3Hz-86GHz信号通过开关双工组件1分为3Hz-50GHz、50GHz-72.5GHz以及72.5GHz-86GHz三个频 段，50GHz以上的两个频段信号分别经过带通滤波处理、开关选择、放大或直通处理、开关选 择后，分别输入到混频器1和混频器2;内置5.7GHz低相噪点频本振源，锁定在外部3Hz- 50GHz信号/频谱分析仪提供的10MHz参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生45.6GHz和 68.4GHz两个点频本振信号，分别输入到混频器1和混频器2，与50GHZ-72.5GHz、72.5GHz-86GHz两段信号进行混频，产生4.4GHz-26.9GHz、4. lGHz-17.6GHz两段中频信号，通过开关 组件2合为一路后进行滤波放大，然后输入到开关双工组件2，与3Hz-50GHz频段信号合为一 路输出，进入到3Hz-50GHz信号/频谱分析仪的射频端口进行后续分析处理。
[0035] 本实施例中，带通滤波器1和带通滤波器2分别通过50GHZ-72.5GHz、72.5GHz-86GHz信号，滤除该频段对应的镜像频率和中频频段信号，扩频装置频段划分及本振控制关 系见表1。
[0036] 表1
[0037]
[0038]本实施例中，扩频装置在外部计算机的控制下，与3Hz-50GHz信号/频谱分析仪共 同完成3Hz-72GHz或3Hz-86GHz超宽带信号的快速扫描测试，配合扩频软件，根据3Hz-50GHz 信号/频谱分析仪的测试数据、扩频装置的开关配置以及内部本振源的设置等信息，可以在 外部计算机上显示3Hz-72GHz或3Hz-86GHz全频段信号信息，实现全频段快速扫频测试分 析。
[0039] 本发明构建了一种内置本振源的超宽带扩频装置和方法，利用该装置和方法可以 非常简便地对信号/频谱分析仪进行扩频，实现超宽带全频段快速扫描测试。并且，本发明 的扩频装置及方法不需要对原有的信号/频谱分析仪进行升级改造，原信号/频谱分析仪仍 可以正常使用。
[0040] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置，其特征在于，射频信号通过超宽带同 轴连接器输入，经第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括一个或多个频 段;扩频频段信号经过带通滤波、以及放大或直通处理后，输入到混频器；内置点频本振源， 锁定在外部信号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生扩频所 需的一个或多个点频本振信号，分别输入到对应扩频频段的混频器，与射频信号进行混频， 产生原信号/频谱分析仪工作频段内的信号;扩频频段混频产生的信号合为一路，进行滤波 放大后输入到第二开关双工组件，与原频段信号合为一路输出，进入到信号/频谱分析仪的 射频端口进行后续分析处理。2. 如权利要求1所述的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置，其特征在于，内置 FPGA、存储器及控制电路，接收外部计算机的程控命令进行频段选择、放大或直通控制，并 存储了扩频装置的直通损耗、高波段变频损耗信息，在外部计算机的控制下，与信号/频谱 分析仪共同完成超宽带信号的快速扫描测试，配合扩频软件，根据信号/频谱分析仪的测试 数据、扩频装置的开关配置以及内部本振源的设置信息，在外部计算机上显示全频段信号 信息，实现全频段快速扫频测试分析。3. 如权利要求1所述的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置，其特征在于，输入信 号通过第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括第一扩频频段以及第二扩 频频段，第一扩频频段以及第二扩频频段两个频段信号分别经过带通滤波、以及放大或直 通处理后，分别输入到第一混频器和第二混频器；内置点频本振源，锁定在外部信号/频谱 分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生两个点频本振信号，分别输入 到第一混频器和第二混频器，与第一扩频频段以及第二扩频频段两段信号进行混频，输出 信号合为一路后进行滤波放大，然后输入到第二开关双工组件，与原频段信号合为一路输 出，进入到信号/频谱分析仪的射频端口进行后续分析处理。4. 如权利要求3所述的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的装置，其特征在于，第一扩 频频段信号和第二扩频频段信号分别通过第一带通滤波器和第二带通滤波器，滤除该频段 对应的镜像频率和中频频段信号，实现对镜像和多重响应的抑制。5. -种实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的方法，其特征在于，射频信号通过超宽带同 轴连接器输入，经第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括一个或多个频 段;扩频频段信号经过带通滤波、以及放大或直通处理后，输入到混频器；内置点频本振源， 锁定在外部信号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生扩频所 需的一个或多个点频本振信号，分别输入到对应扩频频段的混频器，与射频信号进行混频， 产生原信号/频谱分析仪工作频段内的信号;扩频频段混频产生的信号合为一路，进行滤波 放大后输入到第二开关双工组件，与原频段信号合为一路输出，进入到信号/频谱分析仪的 射频端口进行后续分析处理。6. 如权利要求5所述的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的方法，其特征在于，内置 FPGA、存储器及控制电路，接收外部计算机的程控命令进行频段选择、放大或直通控制，并 存储了扩频装置的直通损耗、高波段变频损耗信息，在外部计算机的控制下，与信号/频谱 分析仪共同完成超宽带信号的快速扫描测试，配合扩频软件，根据信号/频谱分析仪的测试 数据、扩频装置的开关配置以及内部本振源的设置信息，在外部计算机上显示全频段信号 信息，实现全频段快速扫频测试分析。7. 如权利要求5所述的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的方法，其特征在于，输入信 号通过第一开关双工组件分为原频段和扩频频段，扩频频段包括第一扩频频段以及第二扩 频频段两个频段，第一扩频频段以及第二扩频频段两个频段信号分别经过带通滤波、以及 放大或直通处理后，分别输入到第一混频器和第二混频器；内置点频本振源，锁定在外部信 号/频谱分析仪提供的信号参考上，通过倍频组件进行多次倍频，产生两个点频本振信号， 分别输入到第一混频器和第二混频器，与第一扩频频段以及第二扩频频段两段信号进行混 频，输出信号合为一路后进行滤波放大，然后输入到第二开关双工组件，与原频段信号合为 一路输出，进入到信号/频谱分析仪的射频端口进行后续分析处理。8. 如权利要求7所述的实现信号/频谱分析仪超宽带扩频的方法，其特征在于，第一扩 频频段信号和第二扩频频段信号分别通过第一带通滤波器和第二带通滤波器，滤除该频段 对应的镜像频率和中频频段信号，实现对镜像和多重响应的抑制。
【文档编号】G06F13/40GK106095705SQ201610349591
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】张枢, 代秀, 刘金现, 张少春, 仇成强, 张峰
【申请人】中国电子科技集团公司第四十研究所, 中国电子科技集团公司第四十一研究所