一种集成型信号分析仪的制作方法

本发明涉及电磁分析领域，尤其涉及一种集成型信号分析仪。

背景技术：

自然界中在一些情况下，会产生一种持续时间短、频谱高并且能量大的放电现象，例如雷雨天气中出现的闪电。当上述放电现象发生在导体附近时，极易发生电涌现象。例如，在雷雨天气，飞机飞行过程中，与云层接触，当云层携带较强的电荷时，就极易放电，出现闪电，从而对飞机的飞行安全造成影响。

闪电对飞机的影响分为两种情况，一种是直接效应，闪电的强电压以及强电流直接毁坏飞机的机载设备、电子元器件(尤其是半导体器件)，甚至烧毁电缆；另一种是间接效应，由于闪电在极短的时间内发生，放电时间短，进而产生电磁辐射，形成电磁脉冲。电磁脉冲对机载设备、电子器件、电线电缆形成干扰，影响飞机的正常工作。相比而言，闪电间接效应更为复杂，分析更为困难。为了检测飞机或其他具有电子元器件的设备在上述放电现象，例如闪电发生时的适应性或抵抗能力，需要测试在上述放电现象发生时，具有电子元器件的设备中多束电缆的电磁兼容性。另外，为了提高具有电子元器件的设备在上述放电现象发生时的适应性或抵抗能力，需要对上述放电现象发生时，放电电流的时域和频域进行分析。

在传统的测试分析领域中，如果要观察和分析时域信号的细节，需要借助高速的示波器，高速的示波器价格不菲。如果想要观察和分析频域信号的细节，需要借助频谱分析仪，频谱分析仪的价格与很高。如果想要观察和分析多束电缆的电磁兼容的细节，需要借助标量网络分析仪，其价格也难以接受。如果需要同时检测分析多束电缆的电磁兼容、时域信号以及频域信号，则需要上述三台仪器，成本更高。因此需要一种技术方案，在上述放电现象发生时，能够利用一台仪器检测分析多束电缆的电磁兼容、时域信号以及频域信号，降低检测成本。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何在短时间、高能量放电现象发生时，能够利用一台仪器检测分析多束电缆的电磁兼容、时域信号以及频域信号，降低检测成本。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种集成型信号分析仪，所述集成型信号分析仪包括处理器、与所述处理器连接的第一信号采集部以及与所述处理器连接的第二信号采集部；所述第一信号采集部将采集N束电缆对应的功率电平传送给所述处理器，所述处理器分析所述功率电平得到所述多束电缆的电磁兼容性；所述第二信号采集部将采集的待检测信号传送给所述处理器，所述处理器对所述待检测信号进行时域分析和频域分析；

所述第一信息采集部包括晶振发生器、锁相环、频率合成器、放大器、第一衰减器、功分器、N个第一耦合器、N个第二耦合器、N个第一检波器、N个第二检波器、N个第三检波器、N个第四检波器、第一通道开关、第一模数转换器以及N个电阻；所述晶振发生器的晶振信号输出端与所述锁相环的信号输入端连接，所述锁相环的信号输出端与频率合成器的信号输入端连接，所述频率合成器的信号输出端与所述放大器的信号输入端连接，所述放大器的信号输出端与所述第一衰减器的信号输入端连接，所述第一衰减器的信号输出端与所述功分器的信号输入端连接，所述功分器的N个信号输出端分别通过一个所述第一耦合器连接一束电缆，N束电缆输出的信号分别通过一个所述第二耦合器连接一个电阻的一端，所述N个电阻的另一端均接地；每个所述第一耦合器均连接一个所述第一检波器和一个所述第二检波器，其中所述第一检波器检测功分器输入对应的耦合器的正向输入信号，得到对应的耦合器的正向输入信号的功率电平，第二检波器检测电缆输入对应的耦合器反向回波信号，得到对应的耦合器的反向回波信号的功率电平；每个所述第二耦合器均连接一个所述第三检波器和一个所述第四检波器，其中第三检波器检测电缆输入对应的耦合器的正向输入信号，得到对应的耦合器的正向输入信号的功率电平，第四检波器检测电阻输入对应的耦合器反向回波信号，得到对应的耦合器的反向回波信号的功率电平；所述N个第一检波器、N个第二检波器、N个第三检波器以及N个第四检波器的信号输出端均与所述第一通道开关连接，所述第一通道开关与所述第一模数转换器的信号输入端连接，所述第一模数转换器的信号输出端与所述处理器连接。

进一步地，所述晶振发生器用于产生预定频率的晶振，并传输给所述锁相环；

所述锁相环用于将输入的晶振进行倍频处理，得到预定频率的参考信号，并将所述参考信号传输给所述频率合成器；

所述频率合成器用于在所述参考信号的激励下生成预定带宽的扫描信号，并将所述扫描信号传输给所述放大器；

所述放大器用于将所述扫描信号进行动率方法，并传输给所述第一衰减器；

所述第一衰减器用于将功率方法后的所述扫描信号调制为具有第一预定功率的扫描信号，并将所述具有第一预定功率的扫描信号传输给所述功分器；

所述功分器用于将所述具有第一预定功率的扫描信号分成N路相参的宽带检测信号，并将各路所述宽带检测信号分别输入一个所述第一耦合器；

所述第一耦合器用于将获取对应的宽带检测信号中一部分，并传送给对应的电缆；

所述第一通道开关用于将各个功率电平传输给所述第一模数转换器；

所述第一模数转换器用于将各个所述功率电平转换为数字量并传递给所述处理器。

进一步地，所述处理器包括扫描控制端口；所述扫描控制端口分别与所述锁相环以及所述频率合成器连接；所述扫描控制端口用于将配置命令传送给所述锁相环和所述频率合成器；

所述锁相环根据所述配置命令确定信号倍频值，并根据所述信号倍频值，将输入的晶振进行倍频处理，得到预定频率的参考信号；

所述频率合成器根据所述配置命令确定带宽比值，并根据所述带宽比值，在所述参考信号的激励下生成预定带宽的扫描信号。

进一步地，所述处理器包括第一衰减控制端口，所述第一衰减控制端口与所述第一衰减器连接；

所述第一衰减控制端口将第一衰减命令传输给所述第一衰减器；所述第一衰减器根据所述第一衰减命令确定第一衰减指数，并根据所述第一衰减指数，将所述扫描信号调制为具有第一预定功率的扫描信号。

进一步地，所述处理器包括第一通道控制端口，所述第一通道控制端口与所述第一通道开关连接；

所述第一通道控制端口用于将第一通道控制命令传输给所述第一通道开关；所述第一通道开关根据所述第一通道控制命令进行打开或关闭操作。

进一步地，所述第二信号采集部包括待检测信号获取器、第二衰减器、第二通道开关以及第二模数转换器；

所述待检测信号获取器的输出端与所述第二衰减器的信号输入端连接，所述第二衰减器的信号输出端与所述通道开关连接，所述通道开关与所述第二模数转换器的信号输入端连接，所述第二模数转换器的信号输出端与所述处理器连接；

所述待检测信号获取器用于获取待检测信号，并将所述待检测信号传输给所述第二衰减器；

所述第二衰减器用于将所述待检测信号调制为具有第二预定功率的待检测信号，并将所述具有第二预定功率的待检测信号传输给所述第二通道开关；

所述第二通道开关用于将所述具有第二预定功率的待检测信号传输给所述第二模数转换模块；

所述第二模数转换模块用于将所述具有第二预定功率的待检测信号转换为数字信号，并传输给所述处理器。

进一步地，所述处理器包括第二衰减控制端口，所述第二衰减控制端口与所述第二衰减器连接；

所述第二衰减控制端口将第二衰减命令传输给所述第二衰减器；所述第二衰减器根据所述第二衰减命令确定第二衰减指数，并根据所述第二衰减指数，将所述待检测信号调制为具有第二预定功率的待检测信号。

进一步地，所述处理器包括第二通道控制端口，所述第二通道控制端口与所述第二通道开关连接；

所述第二通道控制端口用于将第二通道控制命令传输给所述第二通道开关；所述第二通道开关根据所述第二通道控制命令进行打开或关闭操作。

进一步地，所述频率合成器为直接数字式频率合成器。

进一步地，所述处理器包括测控指令接收端口，所述测控指令接收端口用于接收远端的测控指令，所述处理器根据所述测控指令控制所述第一信号采集部和第二信号采集部分别采集所述功率电平和所述待检测信号。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明的集成型信号分析仪包括处理器、与处理器连接的第一信号采集部以及与处理器连接的第二信号采集部。第一信号采集部将采集的N束电缆对应的功率电平传送给处理器，处理器分析功率电平得到多束电缆的电磁兼容性。第二信号采集部将采集的待检测信号传送给处理器，处理器对待检测信号进行时域分析和频域分析，从而实现了在短时间、高能量放电现象发生时，利用一台仪器检测分析多束电缆的电磁兼容、待检测信号的时域信号以及频域信号，降低了检测成本。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的第一信号采集部的结构示意图。

图2为本发明的一个实施例的第二信号采集部的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种集成型信号分析仪，所述集成型信号分析仪包括处理器、与所述处理器连接的第一信号采集部以及与所述处理器连接的第二信号采集部；所述第一信号采集部将采集的N束电缆对应的功率电平传送给所述处理器，所述处理器分析所述功率电平得到所述多束电缆的电磁兼容性；所述第二信号采集部将采集的待检测信号传送给所述处理器，所述处理器对所述待检测信号进行时域分析和频域分析。

所述第一信息采集部包括晶振发生器、锁相环、频率合成器、放大器、第一衰减器、功分器、N个第一耦合器、N个第二耦合器、N个第一检波器、N个第二检波器、N个第三检波器、N个第四检波器、第一通道开关、第一模数转换器以及N个电阻；所述晶振发生器的晶振信号输出端与所述锁相环的信号输入端连接，所述锁相环的信号输出端与频率合成器的信号输入端连接，所述频率合成器的信号输出端与所述放大器的信号输入端连接，所述放大器的信号输出端与所述第一衰减器的信号输入端连接，所述第一衰减器的信号输出端与所述功分器的信号输入端连接，所述功分器的N个信号输出端分别通过一个所述第一耦合器连接一束电缆，N束电缆输出的信号分别通过一个所述第二耦合器连接一个电阻的一端，所述N个电阻的另一端均接地；每个所述第一耦合器均连接一个所述第一检波器和一个所述第二检波器，其中所述第一检波器检测功分器输入对应的耦合器的正向输入信号，得到对应的耦合器的正向输入信号的功率电平，第二检波器检测电缆输入对应的耦合器的反向回波信号，得到对应的耦合器的反向回波信号的功率电平；每个所述第二耦合器均连接一个所述第三检波器和一个所述第四检波器，其中第三检波器检测电缆输入对应的耦合器的正向输入信号，得到对应的耦合器的正向输入信号的功率电平，第四检波器检测电阻输入对应的耦合器的反向回波信号，得到对应的耦合器的反向回波信号的功率电平；所述N个第一检波器、N个第二检波器、N个第三检波器以及N个第四检波器的信号输出端均与所述第一通道开关连接，所述第一通道开关与所述第一模数转换器的信号输入端连接，所述第一模数转换器的信号输出端与所述处理器连接。

所述晶振发生器用于产生预定频率的晶振，并传输给所述锁相环；

所述锁相环用于将输入的晶振进行倍频处理，得到预定频率的参考信号，并将所述参考信号传输给所述频率合成器；

所述频率合成器用于在所述参考信号的激励下生成预定带宽的扫描信号，并将所述扫描信号传输给所述放大器；

所述放大器用于将所述扫描信号进行动率方法，并传输给所述第一衰减器；

所述第一衰减器用于将功率方法后的所述扫描信号调制为具有第一预定功率的扫描信号，并将所述具有第一预定功率的扫描信号传输给所述功分器；

所述功分器用于将所述具有第一预定功率的扫描信号分成N路相参的宽带检测信号，并将各路所述宽带检测信号分别输入一个所述第一耦合器；

所述第一耦合器用于将获取对应的宽带检测信号中一部分，并传送给对应的电缆；

所述第一通道开关用于将各个功率电平传输给所述第一模数转换器；

所述第一模数转换器用于将各个所述功率电平转换为数字量并传递给所述处理器。

上述反向回波信号的产生是由于波的发送实际上也是能量的传送过程，当接收端不能完全吸收波的能量时(如阻抗不匹配时)，波的一部分能量会被反射回来，就形成了向回波信号，也可以叫做反射波信号。

上述频率合成器优选地为直接数字式频率合成器。

本实施的集成型信号分析仪实现了在短时间、高能量放电现象发生时，利用一台仪器检测分析多束电缆的电磁兼容、待检测信号的时域信号以及频域信号，降低了检测成本。

在一个实施例中，所述处理器包括扫描控制端口；所述扫描控制端口分别与所述锁相环以及所述频率合成器连接；所述扫描控制端口用于将配置命令传送给所述锁相环和所述频率合成器；

所述锁相环根据所述配置命令确定信号倍频值，并根据所述信号倍频值，将输入的晶振进行倍频处理，得到预定频率的参考信号；

所述频率合成器根据所述配置命令确定带宽比值，并根据所述带宽比值，在所述参考信号的激励下生成预定带宽的扫描信号。

在一个实施例中，所述处理器包括第一衰减控制端口，所述第一衰减控制端口与所述第一衰减器连接；

所述第一衰减控制端口将第一衰减命令传输给所述第一衰减器；所述第一衰减器根据所述第一衰减命令确定第一衰减指数，并根据所述第一衰减指数，将所述扫描信号调制为具有第一预定功率的扫描信号。

所述处理器包括第一通道控制端口，所述第一通道控制端口与所述第一通道开关连接；

所述第一通道控制端口用于将第一通道控制命令传输给所述第一通道开关；所述第一通道开关根据所述第一通道控制命令进行打开或关闭操作。

在一个实施例中，所述第二信号采集部包括待检测信号获取器、第二衰减器、第二通道开关以及第二模数转换器。

所述待检测信号获取器的输出端与所述第二衰减器的信号输入端连接，所述第二衰减器的信号输出端与所述通道开关连接，所述通道开关与所述第二模数转换器的信号输入端连接，所述第二模数转换器的信号输出端与所述处理器连接；

所述待检测信号获取器用于获取待检测信号，并将所述待检测信号传输给所述第二衰减器；

所述第二衰减器用于将所述待检测信号调制为具有第二预定功率的待检测信号，并将所述具有第二预定功率的待检测信号传输给所述第二通道开关；

所述第二通道开关用于将所述具有第二预定功率的待检测信号传输给所述第二模数转换模块；

所述第二模数转换模块用于将所述具有第二预定功率的待检测信号转换为数字信号，并传输给所述处理器。

在一个实施例中，所述处理器包括第二衰减控制端口，所述第二衰减控制端口与所述第二衰减器连接；

所述第二衰减控制端口将第二衰减命令传输给所述第二衰减器；所述第二衰减器根据所述第二衰减命令确定第二衰减指数，并根据所述第二衰减指数，将所述待检测信号调制为具有第二预定功率的待检测信号。

在一个实施例中，所述处理器包括第二通道控制端口，所述第二通道控制端口与所述第二通道开关连接；

所述第二通道控制端口用于将第二通道控制命令传输给所述第二通道开关；所述第二通道开关根据所述第二通道控制命令进行打开或关闭操作。

在一个实施例中，所述处理器包括测控指令接收端口，所述测控指令接收端口用于接收远端的测控指令，所述处理器根据所述测控指令控制所述第一信号采集部和第二信号采集部分别采集所述功率电平和所述待检测信号。

上述实施例的集成型信号分析仪，根据微波信号测试原理，综合高速数字信号处理技术，实现了对电缆电磁兼容、闪电信号时域、频域的集成化测试。该集成型信号分析仪具有结构简单、体积小、集成度高等特点。

另外，上述实施例的集成型信号分析仪只用一个处理器就实现了对电缆电磁兼容、闪电信号时域、频域的集成化测试，处理器中的FPGA部分实现高速信号数字算法的处理，ARM部分实现对测试设备各硬件设备的控制和通信，远端PC实现数据压缩、解压和实时保存功能，各尽所长，协调有序完成不同测试信号的采样、处理、存储、显示。

下面再通过一个实施例对本发明的集成型信号分析仪进行详细的说明。

如图1所示，本实施例的第一信号采集部中，20MHz晶振输入到锁相环HMC833，锁相倍频后，产生3.5GHz的参考信号；该参考信号(3.5GHz)输入到DDS芯片AD9914，作为其参考激励信号，DDS芯片在参考激励信号的激励下，产生0-300MHz的宽带扫频信号；该宽带扫频信号(1-300MHz)通过放大链路HMC313放大后，输入到衰减器HMC542的输入端，在中央控制器的控制下，对输出功率进行控制；受控的宽带扫频信号(1-300MHz)输入功分器AD3PS-1+的输入端，在功分器的输出端产生3路相参的宽带扫频信号(1-300MHz)；3路宽带扫频信号依次通过耦合器ADCB-20-82+(耦合器0，耦合器1，耦合器2)，以此检测发射端的正向输入功率信号和反向回波功率信号，然后连接至发射端口；发射端的正向检波功率信号和反向检波功率信号，输入到发射端的检波器AD8310(检波器00，检波器01，检波器10，检波器11，检波器20，检波器21)，转换成对应的功率电平指示模拟量(正向：模拟量00，模拟量10，模拟量20；反向：模拟量01，模拟量11，模拟量21)，这些功率电平指示模拟量输出至通道开关的输入端口，并最终输入到A/D端口采样进行数字信号处理。

发射端口的宽带扫频信号通过被测电缆后输入至接收端口，该信号通过接收端的耦合器(耦合器3，耦合器4，耦合器5)，生成接收端的输出正向检波功率信号和反向检波功率信号，然后连接至50Ω负载；该检波信号，通过接收端的检波器AD8310(检波器02，检波器03，检波器12，检波器13，检波器22，检波器23)，转换成对应的功率电平指示模拟量(正向：模拟量02，模拟量12，模拟量22；反向：模拟量03，模拟量13，模拟量23)，这些功率电平指示模拟量输出至通道开关的输入端口，并最终输入到A/D端口采样进行数字信号处理。最后中央控制器利用A/D处理后的信号实现对所述多束电缆的电磁兼容性分析。

图1中的衰减控制端口即为上述第一衰减控制端口，模拟通道控制端口即为上述第一通道控制端口。

本实施例中，电缆电磁兼容分析的测控方案为：PC端GUI软件发出测控指令，通过网络端口传输命令至中央处理器ZYNQ7020的PS部分；PS部分解析测控指令，发出相应的硬件配置指令(控制锁相环芯片HMC833和DDS芯片AD9914)和通道开关指令至PL部分，PL部分实现对硬件的控制；在PL部分的统一调度下，对检波信号进行采样(模拟量00，模拟量01，...,模拟量23)。采集的数据通过PL与PS之间的DMA通道传送至PS部分，PS部分通过网络端口发送测试结果至PC机的GUI软件；GUI软件对测试结果进行解析，显示和保存。

如图2所示，本实施例的第二信号采集部中，衰减器获取待检测信号，并通过通道开关传输给中央处理器，中央处理器对待检测信号进行时域信号的分析和频域信号的分析。

图2中的衰减控制接口即为上述第二衰减控制端口，待测信号即为上述待检测信号。

本实施例中，信号时频域分析的测控方案为：PC端GUI软件发出测控指令，通过网络传输命令至中央处理器ZYNQ7020的PS部分；PS部分解析测控指令，发出相应的硬件配置指令(衰减器HMC542)和通道开关指令至PL部分，PL部分实现对硬件的控制；在中央处理器的调度下，通道开关选通对应的通道(待测信号输入至高速AD9642的模拟量输入端)；PL部分完成对采集数据的算法处理，处理的结果通过芯片内部DMA通道传送至PS部分；PS部分通过网络发送测试结果至PC机的GUI软件；GUI软件对测试结果进行解析，显示和保存。

本实施例的集成型信号分析仪，在一个电路设计中，运用电磁波理论，结合示波器原理，频谱分析仪原理，标量网络分析仪原理，实现了对电缆电磁兼容、闪电信号时域、频域的集成化测试，降低了设计和生产成本，为后续便携式电磁兼容的时域频域测试奠定了基础；使用该仪器可有效地实时分析闪电信号的频域、时域信息，，为进一步研究闪电的机理提供有力的测试工具；同时，使用该仪器，也可分析机载电缆信号间的串扰泄露，为机载电子设备的电磁兼容测试提供有力的测试工具。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。