一种频率扩展装置、具备扩频功能的频谱分析仪的制作方法

本发明涉及频谱分析仪技术领域，特别涉及一种频率扩展装置、具备扩频功能的频谱分析仪。

背景技术：

频谱分析仪是一种用来对被测信号进行频谱分析的接收机，可以测量未知信号的频率、幅值、失真等相关参数，通常具有很宽的频率和幅值测量范围。主要应用于基站维护、电子产品研发、生产等领域。频谱分析仪又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。频谱分析仪的主要技术指标有频率范围、分辨力、扫频速度、灵敏度、显示方式和假响应、DANL等。

如图1所示，为传统地频谱分析仪的电路原理图。输入射频信号经过多次变频将频率较高的信号改变为数字中频处理模块可处理的低频信号。由于是多次混频，所以必然要求提供多个本振信号。在这一转变过程中，由于混频器本身的特性决定，会产生无用边频及非线性杂散等，为了保证信号频谱的纯度，就需要用滤波器将不需要的信号滤除。

如图2所示，为改进型的频谱分析仪的电路结构图。可测射频信号的频率范围为9kHz至7.5GHz。频谱分析仪对射频前端模块引入的输入被测信号通过第一混频器及中频通道模块，对其进行多次变频，使之变成数字中频模块可处理的低频信号，然后送至数字中频模块处理。

在射频前端模块中，被测信号从输入端口进入，用单刀双掷开关S1来选通输入至开关S2或者选通输入至功率负载，单刀双掷开关S1有可能要承受较大功率，因此经常采用大功率单刀双掷开关或继电器来构成。单刀双掷开关S2用于选通将被测信号输入射频前端模块的后级链路还是将自校准信号接入射频前端模块的后级链路进行自校准。步进衰减器是一个衰减量可调的衰减器，而且具有较宽的衰减范围，可将输入的被测信号继续衰减至第一混频器A和第一混频器B的最佳混频电平。单刀双掷开关S3和单刀双掷开关S6共同配合选通被测信号接入预选放大器模块A还是预选放大器模块B。当被测信号为9kHz至3.2GHz时，选通接入预选放大器模块A，滤波器1传输；当被测信号为3.2GHz至7.5GHz时，选通接入预选放大器模块B，并通过单刀四掷开关S4、S5配合选通滤波器2至滤波 器n中的一路传输。预选放大器模块用于小信号的测量，当被测量的信号幅值比较小且接近频谱分析仪的底噪时，打开前置放大器，将减小射频前端模块链路的噪声系数，即降低了噪声，这样可以更准确的测量小信号，并可测的小信号幅度更小。滤波器1是低通滤波器，其作用是对第一混频器A的镜像频率进行抑制。滤波器2至滤波器n是多个带通滤波器，其作用是对第一混频器B的镜像频率进行抑制。

射频前端模块输出的9kHz至3.2GHz和3.2GHz至7.5GHz分别通过第一混频器A和第一混频器B与对应本振混频，产生第一中频信号A或第一中频信号B，两路第一中频信号通过单刀双掷开关S6合为一路输入第二混频器。

现有方案采用了传统的超外差接收方案，将被测信号由射频信号经过多次变频转换为数字可处理的低频信号。此方案要求第一本振频率的最大频率与最小频率差需等于频谱分析仪可测射频信号的最大频率与最小频率差，可测信号频率越宽，要求第一本振覆盖范围越宽，电路实现难度及复杂度就越大。为了降低第一本振的实现难度，依据被测信号的频率范围将射频前端和第一混频分成两个通道分别处理，第一本振的最大频率与最小频率差约3.2GHz即可，并且通过选择合适的第一中频信号频率，可以使两个通道的第一本振频率基本一致，可以用同一个本振产生电路实现。但是，如果将可测频率提高至7.5GHz以上时，要求第一本振频率覆盖范围也要加宽，第一本振实现难度增大。

技术实现要素：

为解决现有技术的问题，本发明提出一种频率扩展装置、具备扩频功能的频谱分析仪，本频谱分析仪在现有频谱分析仪的基础上增设扩频模块，使得在不增加第一本振频率实现难度的基础上，扩大频谱分析仪的可测频率范围。

为实现上述目的，本发明提供了一种具备扩频功能的频谱分析仪，包括：射频前端模块、中频通道模块、数字中频处理模块和频率扩展模块；

所述频率扩展模块与所述射频前端模块的输入端相连，所述射频前端模块的输出端与所述中频通道模块的输入端相连，所述中频通道模块的输出端与所述数字中频处理模块相连；

所述频率扩展模块包括第一开关、第二开关、第三开关、直通通道、混频通道和第四开关；其中，被测信号输入所述频率扩展模块，当所述被测信号的频率小于等于频率值M时，第三开关和第四开关共同选通被测信号经所述直通通道输入至所述射频前端模块；当所述被测信号的频率大于频率值M时，第三开关和第四开关共同选通被测信号经所述混频 通道输入至所述射频前端模块。

优选地，所述第一开关的输入端输入被测信号，所述第一开关的第一输出端与所述第二开关的第一输入端相连，所述第一开关的第二输出端与所述功率负载的一端相连，所述功率负载的另一端直接接地；所述第二开关的输出端与所述第三开关的输入端相连，所述第二开关的第二输入端与自校准信号输入端相连；所述第三开关的第一输出端与所述直通通道的输入端相连，所述第三开关的第二输出端与所述混频通道的输入端相连，所述直通通道的输出端与所述第四开关的第一输入端相连，所述混频通道的输出端与所述第四开关的第二输入端相连；所述第四开关的输出端与所述射频前端模块的输入端相连。

优选地，所述混频通道包括：步进衰减器、预选放大器、第一滤波单元、混频器和第二滤波单元；其中，

所述步进衰减器的输入端作为所述混频通道的输入端，与所述第三开关的第二输出端相连，所述步进衰减器、预选放大器、第一滤波单元、混频器和第二滤波单元依次串联连接，所述第二滤波单元的输出端作为所述混频通道的输出端，与所述第四开关的第二输入端相连。

优选地，所述第一滤波单元为滤波器或滤波器组，用于滤除所述混频器的镜像频率。

优选地，所述第二滤波单元用于对所述混频器输出的信号进行滤波，将所述混频器输出的信号的频率限定为小于频率值M。

优选地，所述混频器的本振频率为固定频率。

优选地，所述频率值M取值为7.5GHz。

对应地，为实现上述目的，本发明还提供了一种频率扩展装置，用于频谱分析仪的频率扩展，所述频率扩展装置包括：

第一开关、第二开关、第三开关、直通通道、混频通道和第四开关；其中，所述第一开关的输入端输入被测信号，所述第一开关的第一输出端与所述第二开关的第一输入端相连，所述第一开关的第二输出端与所述功率负载的一端相连，所述功率负载的另一端直接接地；所述第二开关的输出端与所述第三开关的输入端相连，所述第二开关的第二输入端与自校准信号输入端相连；所述第三开关的第一输出端与所述直通通道的输入端相连，所述第三开关的第二输出端与所述混频通道的输入端相连，所述直通通道的输出端与所述第四开关的第一输入端相连，所述混频通道的输出端与所述第四开关的第二输入端相连；所述第四开关的输出端与所述射频前端模块的输入端相连。

上述技术方案具有如下有益效果：

本技术方案是在现有频谱分析仪中增加一种外置频率扩展模块，将频谱分析仪的频率测试范围从7.5GHz扩展至13.6GHz。频率扩展无需改动现有频谱分析仪电路，只需要以提供选件的方式增加频率扩展模块即可实现频率扩展。选件的方式可以方便灵活的满足不同用户对频率可测范围的需求。

附图说明

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。

图1为传统地频谱分析仪的电路原理图；

图2为改进型的频谱分析仪的电路结构图；

图3为本发明提出的一种具备扩频功能的频谱分析仪原理图；

图4为本发明提出的一种具备扩频功能的频谱分析仪电路图；

图5为本实施例的具备扩频功能的频谱分析仪电路图；

图6为本发明提出的一种频率扩展装置电路图。

具体实施方式

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。

如图3所示，为本发明提出的一种具备扩频功能的频谱分析仪电路图。包括：射频前端模块301、中频通道模块302、数字中频处理模块303和频率扩展模块304；

所述频率扩展模块与所述射频前端模块的输入端相连，所述射频前端模块的输出端与所述中频通道模块的输入端相连，所述中频通道模块的输出端与所述数字中频处理模块相连。

如图4所示，为本发明提出的一种具备扩频功能的频谱分析仪电路图。所述频率扩展模块包括第一开关S7、第二开关S8、第三开关S9、直通通道、混频通道和第四开关S10；其中，被测信号输入所述频率扩展模块，当所述被测信号的频率小于等于M时，第三开关 S9和第四开关S10共同选通被测信号经所述直通通道输入至所述射频前端模块；当所述被测信号的频率大于M时，第三开关S9和第四开关S10共同选通被测信号经所述混频通道输入至所述射频前端模块。其中，所述第一开关S7的输入端输入被测信号，所述第一开关S7的第一输出端与所述第二开关S8的第一输入端相连，所述第一开关S7的第二输出端与所述功率负载的一端相连，所述功率负载的另一端直接接地；所述第二开关S8的输出端与所述第三开关S9的输入端相连，所述第二开关S8的第二输入端与自校准信号输入端相连；所述第三开关S9的第一输出端与所述直通通道的输入端相连，所述第三开关S9的第二输出端与所述混频通道的输入端相连，所述直通通道的输出端与所述第四开关S10的第一输入端相连，所述混频通道的输出端与所述第四开关S10的第二输入端相连；所述第四开关S10的输出端与所述射频前端模块的输入端相连。

对于本实施例来说，所述频率值M取值为7.5GHz，扩频后，频谱分析仪测试信号的最高频率为13.6GHz。需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本发明的精神和原理而示出，本发明的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本发明的实施方式可以应用于适用的任何场景。

如图5所示，为本实施例的具备扩频功能的频谱分析仪电路图。当频谱分析仪测试最高频率为7.5GHz时，被测信号从射频输入口1输入频谱分析仪1进行测试。

当频谱分析仪测试频率扩展到13.6GHz时，通过在频谱分析仪1基础上增加频率扩展模块来实现扩频，此时被测信号从射频输入口2输入，经由频率扩展模块传输至频谱分析仪1进行测试。频率扩展模块中，被测信号从输入端口进入，用单刀双掷开关S7来选通输入至单刀双掷开关S8或者选通输入至功率负载，单刀双掷开关S7有可能要承受较大功率，因此，经常采用大功率单刀双掷开关或继电器来构成。单刀双掷开关S8用于选通将被测信号输入频率扩展模块的后级链路还是将自校准信号接入频率扩展模块的后级链路进行自校准。单刀双掷开关S9和单刀双掷开关S10共同选通被测信号的传输通道。当被测频率小于7.5GHz时，单刀双掷开关S9和单刀双掷开关S10共同选通被测信号经过直通通道，输入至频谱分析仪1，频谱分析仪1中单刀双掷开关S1和单刀双掷开关S2均设置为选通后级链路，频谱分析仪1的其他控制状态与没加频率扩展模块时一致。当被测频率为7.5GHz至13.6GHz时，单刀双掷开关S9和单刀双掷开关S10共同选通被测信号经过混频通道，输入至频谱分析仪1。该通道具体的说，被测信号经过单刀双掷开关S9选通输入步进衰减器2，步进衰减器2是一个衰减量可调的衰减器，而且具有较宽的衰减范围，步进衰减器2的输出经过预选放大器模块C和滤波器输入混频器，与固定频率的本振F1混 频。混频器的输出经过滤波后为频率小于7.5GHz的宽带信号，经过单刀双掷开关S10选通输入至频谱分析仪1，频谱分析仪1中单刀双掷开关S1和单刀双掷开关S2均设置为选通后级链路，步进衰减器2设置为不衰减，频谱分析仪1的其他控制状态要做相应改变。步进衰减器2可将输入的被测信号衰减至第一混频器A和第一混频器B的最佳混频电平。预选放大器模块C用于小信号的测量，当被测量的7.5GHz至13.6GHz的信号幅值比较小且接近频谱分析仪的底噪时，打开预选放大器，将减小频率扩展模块及射频前端模块链路的噪声系数，即降低了噪声，这样可以更准确的测量小信号，并可测的小信号幅度更小。频率扩展模块中混频器前的滤波器可以是滤波器组，用于滤除混频器的镜像频率。

频谱分析仪扩频至13.6GHz，被测频率为7.5GHz至13.6GHz时的工作原理，更详细的举例为：

若被测信号为7.5GHz至13.6GHz时，被测信号经由单刀双掷开关S7、单刀双掷开关S8、单刀双掷开关S9选通输入至混频通道，与本振F1混频输出至频谱分析仪1。若本振F1频率为7GHz，则混频通道输出为500MHz至6.6GHz，频谱分析仪1可看作是对500MHz至6.6GHz的信号测试，频谱分析仪1各个控制状态也相应的调用500MHz至6.6GHz时对应的状态。这样当测试7.5GHz至13.6GHz时，通过增加一级混频的方式，将被测信号变频至频谱分析仪1能测试的射频信号，并经过频谱分析仪1三次变频，变频至数字中频处理模块能处理的信号，实现对7.5GHz至13.6GHz频率被测信号的测量，频谱分析仪1与未扩频时相比，仅是根据频率扩展模块输出的频率更改各开关等的控制状态即可，无需对频谱分析仪1的电路进行修改，实现简单。

更进一步的举例为，频率扩展后的频谱分析仪，当被测频率10GHz从射频输入口2引入，经过单刀双掷开关S7、单刀双掷开关S8、单刀双掷开关S9选通进入混频通道，在混频通道与7GHz的本振F1混频滤波后，输出3GHz频率信号经单刀双掷开关S10选通从射频输入口1输入至频谱分析仪1，此时频谱分析仪1可认为测试的是3GHz的信号，频谱分析仪1中各控制模块设置依照测试3GHz信号时设置，这样可实现频谱分析仪对被测10GHz信号的测量。

如图6所示，为本发明提出的一种频率扩展装置电路图。用于频谱分析仪的频率扩展，所述频率扩展装置包括：

第一开关S7、第二开关S8、第三开关S9、直通通道、混频通道和第四开关S10；其中，所述第一开关S7的输入端输入被测信号，所述第一开关S7的第一输出端与所述第二开关S8的第一输入端相连，所述第一开关S7的第二输出端与所述功率负载的一端相连， 所述功率负载的另一端直接接地；所述第二开关S8的输出端与所述第三开关S9的输入端相连，所述第二开关S8的第二输入端与自校准信号输入端相连；所述第三开关S9的第一输出端与所述直通通道的输入端相连，所述第三开关S9的第二输出端与所述混频通道的输入端相连，所述直通通道的输出端与所述第四开关S10的第一输入端相连，所述混频通道的输出端与所述第四开关S10的第二输入端相连；所述第四开关S10的输出端与所述射频前端模块的输入端相连。

本技术方案涉及的频率扩展无需改动现有频谱分析仪电路，只需要以提供选件的方式增加频率扩展模块即可实现频率扩展。选件的方式可以方便灵活的满足不同用户对频率可测范围的需求。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。