外部前端设备和前端系统的制作方法

本发明通常涉及一种外部前端设备。本发明还涉及一种前端系统。

背景技术：

1、外部前端通常与测量仪器(诸如频谱分析仪)结合使用。

2、通常，外部前端接收来自被连接到外部前端的天线的rf信号，以及来自测量仪器的本机振荡器(lo)信号。

3、外部前端将rf信号与从测量仪器接收到的lo信号混合，从而生成中频(if)信号。if信号被转发至测量仪器，并由测量仪器进行分析，以确定rf信号的某些特性。

4、对于高频应用，诸如5g测试应用，lo信号必须是高频信号，以便将rf信号转换为适当的if信号。

5、然而，由于与经由电缆传输高频信号相关联的高输送损耗，此类高频lo信号具有只能在短距离内传输的缺点。

6、因此，本发明的目的是提供一种外部前端，其允许在接收高频rf信号时更灵活地放置外部前端。

技术实现思路

1、根据本发明，该问题通过外部前端设备解决。外部前端设备包括集成合成器电路、参考信号输入端、接收机信道、发射机信道和至少一个混频器电路。参考信号输入端被配置为接收低频参考信号。参考信号输入端被配置为将接收到的低频参考信号转发到集成合成器电路。集成合成器电路被配置为基于低频参考信号生成本机振荡器(lo)信号。至少一个混频器电路与接收机信道和/或发射机信道相关联。至少一个混频器电路被配置为将lo信号与由接收机信道处理的射频(rf)信号和/或由发射机信道处理的中频(if)信号混合，从而分别获得if输出信号和/或者rf输出信号。

2、在这里并且在下文中，术语“电路”被理解为表示包括被配置为执行所述功能的电子线路的模块。

3、本发明基于向外部前端提供低频参考信号而不是高频lo信号的想法。由于只有低频信号(即低频参考信号)必须被传输到外部前端设备，因此，由于低频参考信号可以在低损耗的情况下被传输，对放置外部前端设备的限制被解除。

4、外部前端设备，更确切地说是外部前端设备的集成合成器电路，基于低频参考信号生成获得if输出信号和/或rf输出信号所需的lo信号。

5、然而，外部前端设备和低频参考信号源仍然是同步的，因为lo信号是基于低频参考信号生成的，特别是基于低频参考信号的振幅、频率和/或相位。

6、例如，生成低频参考信号的源可以是测量仪器，诸如频谱分析仪、信号分析仪、矢量网络分析仪或示波器。

7、由外部前端设备生成的if输出信号可被转发至测量仪器用于进一步分析，特别是为了确定接收到的rf信号的某些特性。

8、可替选地或附加地，生成低频参考信号的源可以被建立为信号生成器，特别是任意波形生成器。

9、信号生成器可以生成if信号并将其转发给外部前端设备，从而使if信号由外部前端设备的发射机信道进行适当处理。

10、如上所述，根据本发明的外部前端设备允许外部前端设备相对于参考信号源而自由放置。

11、因此，外部前端设备可以被放置在测试室中，例如为了测试外部前端设备本身或被连接到外部前端设备的天线。执行对应测量的测量仪器可以被放置在测试室外面，因为参考信号可以在没有相当大的损耗的情况下被远距离传输。

12、根据本发明的外部前端设备具有两个不同的信道，即接收机信道和发射机信道。

13、在接收机信道中，接收到的rf信号与生成的lo信号混合，从而获得if输出信号。if输出信号可以被输出到外部设备，例如输出到测量仪器。

14、在发射机信道中，if信号被接收，例如来自外部设备，诸如信号生成器或带有集成信号生成器的测量仪器。接收到的if信号与生成的lo信号混合，从而获得rf输出信号。rf输出信号可以被输出到外部设备，诸如外部rf天线。

15、根据本发明的一个方面，集成合成器电路包括yig振荡器，其中yig振荡被配置为基于低频参考信号生成lo信号。因此，yig振荡器可以通过参考信号被控制以生成lo信号。

16、yig振荡器特别有利，因为它们可以在从大约0.5ghz到大约100ghz的多个倍频程(octave)上进行调谐。此外，yig振荡器的相位噪声特别小。

17、因此，lo信号的频率可以在约0.5ghz和约100ghz之间。

18、根据本发明的另一方面，低频参考信号的频率小于或等于2ghz。

19、根据本发明的又一方面，低频参考信号的频率小于或等于1ghz。

20、在本发明的一个实施例中，低频参考信号的频率小于或等于650mhz。

21、在本发明的又一实施例中，低频参考信号的频率小于或等于20mhz。

22、在特定示例中，低频参考信号的频率可以等于10mhz、640mhz或1ghz。

23、外部前端设备的操作模式可以在参考信号的不同频率之间切换。换句话说，外部前端设备可以包括多个不同的操作模式，其中每个操作模式与参考信号的特定频率相关联。

24、外部前端设备的操作模式可以基于接收到的参考信号的频率而自动调整。

25、可替选地或附加地，外部前端设备可以被配置为基于外部前端设备的设定操作模式来请求具有预定频率的参考信号。

26、特别是，在外部前端设备的不同操作模式之间，生成的lo信号的频率可以是不同的或相同的。

27、外部前端设备还可以包括梳状信号(comb-signal)输入端，其中梳状信号输入端被配置为接收梳状信号，并且其中外部前端设备被配置为基于接收到的梳状信号来校正if信号和/或if输出信号。其中，接收到的梳状信号可以用作时域和/或频域中的附加高精度参考信号，以校正if信号和/或if输出信号。

28、根据本发明的一个方面，外部前端包括可连接到至少一个rf天线的天线端口。因此，外部前端设备可以通过天线端口被连接到至少一个rf天线，从而rf信号可以经由至少一个rf天线被接收和/或发送。

29、因此，至少一个rf天线可以由外部前端设备馈送要被传输的rf信号。可替选地或附加地，外部前端设备从至少一个rf天线接收rf信号。

30、在本发明的一个实施例中，外部前端设备包括至少一个定向耦合器和分析电路，其中定向耦合器和分析电路被连接到天线端口。一般来说，定向耦合器和分析电路被配置为执行与天线端口相关联的反射率测量，特别是与外部前端设备和外部rf天线之间的连接相关联的反射率测量。

31、分析电路和/或定向耦合器可被集成到外部前端设备中。

32、可替选地，分析电路和/或定向耦合器可以与外部前端设备分开建立。

33、根据本发明的另一方面，定向耦合器被配置为将在天线端口处反射的电信号转发到分析电路。换句话说，rf信号的反射部分(从外部rf天线传输到天线端口)可以通过定向耦合器被转发到分析电路。分析电路可以基于对反射部分的分析来确定反射参数。反射参数可以是外部前端设备的s11参数。

34、本发明的一个方面提供了：定向耦合器被配置为将在与天线端口连接的rf天线处反射的电信号转发到分析电路。换句话说，从天线端口传输到外部rf天线的rf信号的反射部分可以通过定向耦合器被转发到分析电路。分析电路可以基于对反射部分的分析来确定反射参数。反射参数可以是rf天线的s11参数。

35、在本发明的另一个实施例中，分析电路被配置为确定电压驻波比(vswr)。因此，分析电路被配置为确定从外部rf天线传输到天线端口或从天线端口传输到外部rf天线的rf信号的发射驻波和反射驻波之间的比率。所确定的vswr是rf信号从外部rf天线到天线端口或从天线端口到外部rf天线的传输效率的测度(measure)。

36、特别是，rf信号和rf输出信号中的至少一个可以是调制信号。因此，if输出信号和/或if信号也可以是调制信号。这是可能的，因为根据本发明的外部前端设备具有足够大的带宽以转换调制信号。

37、根据本发明的一个方面，外部前端包括与接收机信道相关联的第一混频器电路和与发射机信道相关联的第二混频器电路。第一混频器和第二混频器可被分别连接到集成合成器电路。因此，可以将同一生成的lo信号转发给第一混频器和第二混频器两者。

38、此外，外部前端设备的发射机信道和接收机信道两者都可以与低频参考信号源同步，因为lo信号是基于低频参考信号生成的。

39、在本发明的一个实施例中，if信号的频率和/或if输出信号的频率在2到10ghz之间。外部前端设备可以包括多个不同的操作模式，其中每个操作模式与if信号的特定频率(范围)和/或if输出信号的特定频率(范围)相关联。

40、特别是，if信号的频率(范围)和/或if输出信号的频率(范围)可以由用户选择。

41、在本发明的另一个实施例中，rf信号的频率和/或rf输出信号的频率在20和80ghz之间。外部前端设备可以包括多个不同的操作模式，其中每个操作模式与rf信号的特定频率(范围)和/或rf输出信号的特定频率(范围)相关联。

42、特别是，rf信号的频率(范围)和/或rf输出信号的频率(范围)可以由用户选择。

43、根据本发明，该问题进一步由前端系统解决。前端系统包括至少两个上述外部前端设备。特别是，根据上述任何一种变体，前端系统包括两个外部前端。

44、关于前端系统的优点和进一步特性，请参考上文关于外部前端设备的解释，这些解释也适用于前端系统，并且反之亦然。

45、根据本发明的一个方面，至少两个外部前端是级联的。

46、例如，至少两个外部前端可以被并联布置，以便通过至少两个外部前端设备提供至少两个接收信道和至少两个发射机信道。

47、特别是，至少两个外部前端设备可以接收相同的参考信号，从而可以经由参考信号使两个外部前端同步。

48、可替选地或附加地，至少两个外部前端设备可以包括lo信号输入端和/或lo信号输出端。由至少两个外部前端设备中的第一个设备生成的lo信号可以经由至少两个外部前端设备中的第一个设备的lo信号输出端和至少两个外部前端设备中的第二个设备的lo信号输入端而被转发到至少两个外部前端设备中的第二个设备。