CN104730338A - 一种具有多级混频器的频谱分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种具有多级混频器的频谱分析仪，涉及频谱分析装置领域，包括依次串联的多级混频器，在每级混频器后面均串联一个中频滤波器，在最后一级混频器和对应所述最后一级混频器的中频滤波器之间设置一个电感性负载。本发明的电感性负载在保证混频器输出一个频率比较低的中频信号的基础上，改善了混频器的非线性失真，大大降低了频谱分析仪杂散信号的幅度，改善了频谱分析仪的失真性能，优化了频谱分析仪的测试频谱纯度。

Description

一种具有多级混频器的频谱分析仪

技术领域

本发明涉及频谱分析装置领域，特别涉及一种具有多级混频器的频谱分析仪。

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。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫兹以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。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、显示方式和假响应等，频谱分析仪一般分为扫频式和实时分析式两类。

参照图1，现有技术的一种频谱分析仪100采用三级混频的方案，射频输入信号fRF输入第一混频器101，与第一本振单元102输出的第一本振信号fLO1混频，第一混频器101输出包含±m×fRF±n×fLO1各频率成分的信号，该信号输入至第一中频滤波器103，第一中频滤波器103理论上应滤除除有用频率以外的其他各频率，输出有用频率fLO1‐fRF的信号，作为第二混频器104的射频输入。第一本振信号fLO1是扫频信号，目的使宽带的射频输入信号fRF经过第一混频器101与第一本振信号fLO1混频，通过使第一本振信号fLO1可变，使得fLO1‐fRF的绝对值为一个固定的频率信号。

fLO1‐fRF的绝对值频率记为fIF1，输入至第二混频器104，与第二本振单元105输出的第二本振信号fLO2混频，第二混频器104输出包含±m×fIF1±n×fLO2各频率成分的信号，该信号输入至第二中频滤波器106，第二中频滤波器106理论上应滤除除有用频率以外的其他各频率，输出有用频率fIF1‐fLO2的信号，作为第三混频器107的射频输入。fIF1‐fLO2的绝对值为一个固定频率的信号。

fIF1‐fLO2的绝对值频率记为fIF2，输入至第三混频器107，与第三本振单元108输出的第三本振信号fLO3混频，第三混频器107输出包含±m×fIF2±n×fLO3各频率成分的信号，第三混频器107输出的有用频率成分为fIF2‐fLO3，其他频率成分理论上都应被滤除。第三混频器107输出的信号经过第三中频滤波器109滤波后，产生第三中频信号fIF3，输入数字中频处理模块110将第三中频信号fIF3再进行放大、ADC采样、并经过数字中频滤波器、检波器和视频滤波等处理后送入显示模块111进行输出和显示。

现有技术的频谱分析仪100将射频输入信号fRF经过3次变频转换，得到数字中频模块110可以处理的中频信号fIF3，并且经过数字中频模块110处理后，可以在频谱分析仪100的屏幕上显示射频输入信号fRF的频率及幅度等信息。但实际情况是，现有技术频谱分析仪100的屏幕上不仅显示射频输入信号fRF的频率及幅度等信息，同时还显示失真杂散信号，导致测量结果不准确，测试频谱纯度不高。

发明内容

参照图1，结合参照图2，在现有技术的频谱分析仪100中，第一中频滤波器103理论上应滤除除有用频率以外的其他各频率，输出有用频率fLO1‐fRF的信号，作为第二混频器104的射频输入；第二中频滤波器106理论上应滤除除有用频率以外的其他各频率，输出有用频率fIF1‐fLO2的信号，作为第三混频器107的射频输入；第三中频滤波器109理论上应滤除除有用频率以外的其他各频率，输出有用频率fIF2‐fLO3的信号，作为第三混频器107的射频输入；也就说第三中频信号fIF3理论上应该等于fIF2‐fLO3。这里我们将第三中频信号fIF3举例为一个确定的值10.7M，fIF2为465.7M，fLO3为455M，假设射频输入信号fRF输入为1GHz的信号，第一本振频率在f1～f2范围内扫频，当第一本振频率扫频至F时（F=1GHz+fIF1，在f1～f2范围内），经过第一混频器101混频可得到fIF1，再经过通道上的第二混频器104、第三混频器107，可得到第三中频信号fIF3，即10.7M信号，经过数字中频处理模块110的处理后，在显示模块111的显示屏上会显示有1GHz的信号谱图201。

可见，当有10.7M信号输入至数字中频处理模块110处理时，显示模块111的显示屏上射频输入信号的对应位置就会显示有信号谱图201。但是实践中发现，当射频输入信号fRF输入1GHz的信号，第一本振频率在f1～f2范围内扫频，当第一本振频率扫频至（F﹣5.35M）时，第一混频器101输出频率为（fIF1﹣5.35M），它可能会落在第一中频滤波器103的滤波带内不能被滤除；经过第二混频器104后该信号变频至（fIF2﹣5.35M），也可能会落在第二中频滤波器106的滤波带内不能被滤除；该信号经过第三混频器107后，第三混频器107的输出中会包含±m×（fIF2﹣5.35M）±n×fLO3，当m=n=2时，即2×（465.7M﹣5.35M）﹣2×455M=10.7M，该10.7M信号经过数字中频处理处理模块110处理后会在屏上显示出有一个994.65M的信号谱图202，这个信号谱图202实际是与输入1GHz信号相关的杂散信号，该信号谱图202是由于第三混频器的非线性失真产物混频得到的，是频谱分析仪的杂散，是用户不希望看到的。

实践中发现，如果第三中频信号fIF3不是取一个10.7M的信号，而是取一个几百兆以上的中频信号，那么在显示模块111的显示屏上与输入1GHz信号相关的杂散信号会相应变少，但是几百兆以上的中频信号又对数字中频处理模块110提出了很高的要求，使得数字中频处理模块110内部的采样及ADC处理难度加大，对器件性能要求高。

本发明的目的在于：解决现有技术频谱分析仪存在失真杂散信号，而输入数字中频处理模块的中频信号又不能过高的技术问题，提供一种具有多级混频器的频谱分析仪。

本发明提供的一种具有多级混频器的频谱分析仪，包括依次串联的多级混频器，在每级混频器后面均串联一个中频滤波器，在最后一级混频器和对应所述最后一级混频器的中频滤波器之间设置一个电感性负载。

本发明的电感性负载在保证混频器输出一个比较低的中频信号的基础上，改善了混频器的非线性失真，大大降低了频谱分析仪杂散信号的幅度，改善了频谱分析仪的失真性能，优化了频谱分析仪的测试频谱纯度。

作为一种举例，所述电感性负载可以是一个电感，所述电感的一端连接在所述最后一级混频器和对应所述最后一级混频器的中频滤波器之间的连线上，所述电感的另一端接地。

一个电感的设计比较简洁，且能够达到改善混频器的非线性失真，降低频谱分析仪杂散信号的幅度的目的。

作为一种举例，所述电感性负载可以是一个π型高通滤波器，所述π型高通滤波器串接在所述最后一级混频器和对应所述最后一级混频器的中频滤波器之间，所述π型高通滤波器的截止频率小于所述最后一级混频器输出的中频频率。

电感性负载选用π型高通滤波器，且π型高通滤波器的截止频率小于所述最后一级混频器输出的中频频率，以最大可能地减小π型三阶高通滤波器对最后一级有用中频信号幅度的衰减，且在达到与最后一级混频器匹配的目的的同时，对最后一级有用中频信号有较小的插损，而且对数字中频处理模块内部的放大器增益没有影响，减低了对后级设计的要求。

作为一种举例，所述π型高通滤波器可以为三阶高通滤波器。

π型高通滤波器选用三阶高通滤波器，设计最简单，效果最好。

附图说明

图1是现有技术频谱分析仪100的结构示意图；

图2是现有技术频谱分析仪100的输出信号谱图；

图3是本发明优选实施例的频谱分析仪300的结构示意图；

图4是本发明优选实施例频谱分析仪300的输出信号谱图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施例做进一步详细的说明。

参照图3，本优选实施例的频谱分析仪300包括依次串联的第一混频器301、第一中频滤波器303、第二混频器304、第二中频滤波器306、第三混频器307，以及分别为第一混频器301、第二混频器304、第三混频器307提供第一本振信号fLO1’、第二本振信号fLO2’、第三本振信号fLO3’的第一本振单元302、第二本振单元305和第三本振单元308；在第三混频器307后面还依次串联一个电感性负载单元312、第三中频滤波器309、数字中频处理模块310、显示模块311。

在本优选实施例中，电感性负载单元312采用π型三阶高通滤波器；第三混频器307选用mini公司的ADE‐12。

作为另外的举例，在本举例说明中，电感性负载单元312可以只采用一个电感，所述电感的一端连接在第三混频器307和第三中频滤波器309之间的连线上，所述电感的另一端接地。

在本优选实施例中，射频输入信号fRF’输入第一混频器301，与第一本振单元302输出的第一本振信号fLO1’混频，第一混频器301输出包含±m×fRF’±n×fLO1’各频率成分的信号，该信号输入至第一中频滤波器303，第一中频滤波器303对第一混频器301的输出信号进行滤波，输出第一中频信号fIF1’，第一中频信号fIF1’输入至第二混频器304，与第二本振单元305输出的第二本振信号fLO2’混频，第二混频器304输出包含±m×fIF1’±n×fLO2’各频率成分的信号，该信号输入至第二中频滤波器306，第二中频滤波器306对第二混频器304的输出信号进行滤波，输出第二中频信号fIF2’，第二中频信号fIF2’输入至第三混频器307，与第三本振单元308输出的第三本振信号fLO3’混频，第三混频器307输出包含±m×fIF2’±n×fLO3’各频率成分的信号，第三混频器307输出的信号先经过π型三阶高通滤波器后再经过第三中频滤波器309滤波，产生第三中频信号fIF3’，输入数字中频处理模块310将第三中频信号fIF3’再进行放大、ADC采样、并经过数字中频滤波器、检波器和视频滤波等处理后送入显示模块311进行输出和显示。

在本优选实施例中，所述π型三阶高通滤波器在PCB板的布局中，尽量靠近第三混频器307的输出端设置。这样的布局，极大地减少了PCB板的寄生参数对匹配效果的负面影响。

在本优选实施例中，射频输入信号fRF’选用1GHz，第三中频信号fIF3’的值仍然为10.7M，π型三阶高通滤波器的截止频率选为9M，π型三阶高通滤波器的截止频率选为9M，在达到与第三混频器307匹配的目的的同时，以最大可能地减小π型三阶高通滤波器对10.7M信号幅度的衰减，在10.7M±频谱分析仪300最大RBW带宽的频率范围内有较小的频响波动，而且对数字中频处理模块310内部的放大器增益没有影响，减低了对后级设计的要求。

参见图4，示出了本发明优选实施例频谱分析仪300的输出信号谱图，在显示模块111的显示屏上主要显示有1GHz的信号谱图401，而994.65M的信号谱图402的幅度大幅减小，已经可以忽略对1GHz的信号谱图401的影响。

作为另外的举例，在本举例说明中，电感性负载单元312也可以采用π型4阶、5阶、甚至更高阶的高通滤波器。

作为另外的举例，在本举例说明中，所述π型高通滤波器的截止频率小于第三级混频器307输出的中频信号频率即可。

作为另外的举例，在本举例说明中，频谱分析仪300是一个4级混频的结构，电感性负载单元312串联在第四个混频器之后。

作为另外的举例，在本举例说明中，频谱分析仪300包括一个高频通道，一个低频通道，高频通道有两级混频，低频通道有两级混频，高频通道两级混频后输出的信号与低频通道两级混频后输出的信号汇合后再共同经过最后一级混频，所述电感性负载单元312串联在最后一级混频器之后。

本发明的电感性负载在保证混频器输出一个频率比较低的中频信号的基础上，改善了混频器的非线性失真，大大降低了频谱分析仪杂散信号的幅度，改善了频谱分析仪的失真性能，优化了频谱分析仪的测试频谱纯度。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上优选实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有多级混频器的频谱分析仪，包括依次串联的多级混频器，在每级混频器后面均串联一个中频滤波器，其特征在于，在最后一级混频器和对应所述最后一级混频器的中频滤波器之间设置一个电感性负载。

2.根据权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，所述电感性负载是一个电感，所述电感的一端连接在所述最后一级混频器和对应所述最后一级混频器的中频滤波器之间的连线上，所述电感的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的频谱分析仪，其特征在于，所述电感性负载是一个π型高通滤波器，所述π型高通滤波器串接在所述最后一级混频器和对应所述最后一级混频器的中频滤波器之间，所述π型高通滤波器的截止频率小于所述最后一级混频器输出的中频频率。

4.根据权利要求3所述的频谱分析仪，其特征在于，所述π型高通滤波器为三阶高通滤波器。