CN105577207B - 一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置和方法，属于宽频带大带宽信号测试领域，包括宽带功分器、混频器组、本振模块、中频滤波处理模块、采集处理模块、时钟模块和控制模块；本发明通过宽带功分器将信号分为两路进行混频，该两路混频本振信号存在固定两倍中频差，两路混频通路产生的中频信号相同，两路中频信号经滤波放大后分别进行采集处理后送入控制模块，两路数据信号经过主机软件采用相与运算后便得到真实的测量结果。本发明可以不采用开关滤波或者带通预选方式，自动消除仪器测试过程中镜频等假信号影响，保证仪器设备在宽频段下实现大带宽、快速、准确地测量。

Description

一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置和方法

技术领域

本发明属于宽频带大带宽信号测试领域，具体涉及一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置和方法。

背景技术

传统宽频带扫频超外差接收分析设备，为滤除镜频等假信号的影响，得到正确的测量结果，在接收通路宽带混频器前通常采用开关滤波方式或者预选器滤波方式。但是，采用开关滤波方式，开关滤波电路路数多，开关滤波模块及本振模块设计复杂，并且全频段扫描时，由于频段多，波段开关及本振切换速度慢，不利于全频段快速测量的实现。采用预选器方式，如果微波毫米波频段采用YIG预选器，由于YIG预选器设计制造难度大，加工生产周期长、成品率低，造成整机的可生产性较差；另外，由于YIG滤波器存在温漂、磁滞以及调谐速度相对较慢、带宽相对较窄等特性，造成仪器设备测试幅度误差较大、测试带宽较小、测试速度较慢，不能很好地实现对宽带信号的快速准确测量。

扫频超外差接收分析设备中，接收通路的调谐方程通常为：

F_LO–F_RF＝F_IF或F_RF–F_LO＝F_IF

其中，F_LO为本振信号，F_RF为射频输入信号，F_IF为中频信号。

设计时，通常采用连续扫描调谐本振、固定中频的方式。只有当输入射频信号与扫描本振信号的差值为设定的固定中频信号值时，后端中频及采集处理电路才产生响应，信号才能在设备显示器得到显示。

上述调谐方程，在本振扫描过程中对于同一射频信号会存在两个本振频点都产生中频信号，即

调谐方程为F_LO–F_RF＝F_IF时，存在F_RF–F_LO′＝F_IF。

调谐方程为F_RF–F_LO＝F_IF时，存在F_LO′–F_RF＝F_IF。

因此，传统宽频带扫频超外差接收分析设备，为滤除镜频等假信号的影响，在接收通路宽带混频器前通常采用开关滤波方式或者预选器滤波方式，信号接收处理通路通常包括频段开关、多组滤波器(包含低通滤波器、带通滤波器或者预选器)、多组混频器、多组本振模块、中频开关模块、中频滤波处理模块、采集处理模块和控制模块等功能单元组成，原理如附图1所示。

其中：

波段开关实现输入信号的切换，具体开关路数依据设备频段的划分数目。

滤波器组实现不同频段信号的分段滤波。

混频器组实现不同频段信号的混频，产生相同的中频信号。

各本振模块为各混频器提供不同的本振信号。

中频开关模块实现各路中频信号的选通和切换。

中频滤波处理模块实现中频信号的滤波、放大、增益补偿等。

采集处理模块实现信号的采集和数字化处理。

控制模块实现信号轨迹的处理、送显以及整机的控制等。

现有技术存在着成本高，效率底，耗时间等缺陷。因此，如何保证宽频带扫频超外差接收分析设备在宽频段下实现大带宽、快速、准确地测量，是亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置和方法，可以自动消除宽频带扫频超外差接收分析设备测试过程中镜频等假信号影响，实现大带宽、快速、准确地测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置，包括宽带功分器、混频器组、本振模块、中频滤波处理模块、采集处理模块、时钟模块和控制模块；

所述宽带功分器，被配置为用于将输入信号功分为两路；

所述混频器组包括第一混频器、第二混频器和第三混频器；

所述本振模块包括第一本振模块和第二本振模块；

所述第一本振模块，被配置为用于为第一混频器和第三混频器分别提供本振信号；

所述第二本振模块，被配置为用于为第三混频器提供本振信号；

所述第一混频器，被配置为用于将经过宽带功分器功分后的其中一路信号与第一本振模块产生的本振信号进行基波混频，输出中频信号；

所述第三混频器，被配置为用于将第一本振模块产生的本振信号和第二本振模块产生的本振信号进行基波混频，输出本振信号至第二混频器；

所述第二混频器，被配置为用于将经过宽带功分器功分后的另一路信号与第三混频器输出的本振信号进行基波混频，输出中频信号；

所述中频滤波处理模块包括第一中频滤波处理模块和第二中频滤波处理模块；

所述第一中频滤波处理模块，被配置为用于将经过第一混频器产生的中频信号进行滤波、放大；

所述第二中频滤波处理模块，被配置为用于将经过第二混频器产生的中频信号进行滤波、放大；

所述采集处理模块包括第一采集处理模块和第二采集处理模块；

所述第一采集处理模块，被配置为用于将经过第一中频滤波处理模块处理后的信号进行采集和数字化处理；

所述第二采集处理模块，被配置为用于将经过第二中频滤波处理模块处理后的信号进行采集和数字化处理；

时钟模块，被配置为用于为第一采集处理模块和第二采集处理模块提供相同的时钟信号；

所述控制模块，被配置为用于将经过第一采集处理模块和第二采集处理模块处理后的信号进行信号轨迹的处理、送显以及控制；

所述宽带功分器将输入信号功分为两路，其中一路信号与第一本振模块产生的本振信号经过第一混频器进行基波混频，并输出中频信号至第一中频滤波处理模块，经过第一中频滤波处理模块的滤波、放大处理后进入第一采集处理模块，经过第一采集处理模块的采集和数字化处理后进入控制模块；

所述第一本振模块产生的本振信号和第二本振模块产生的本振信号经过第三混频器进行基波混频，输出本振信号至第二混频器；

所述宽带功分器功分后的另一路信号与第三混频器输出的本振信号经过第二混频器进行基波混频，输出中频信号至第二中频滤波处理模块，经过第二中频滤波处理模块的滤波、放大处理后进入第二采集处理模块，经过第二采集处理模块的采集和数字化处理后进入控制模块；

所述控制模块，将经过第一采集处理模块和第二采集处理模块处理后的信号进行信号轨迹的处理、送显以及控制。

此外，本发明还提到一种宽频带大带宽信号快速接收处理方法，该方法采用所述的一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置，包括如下步骤：

步骤1：通过宽带功分器将输入信号F_RF分为两路F_RF1和F_RF2，可得：

F_RF1＝F_RF2 (1)；

步骤2：通过第一混频器将经过宽带功分器功分后的其中一路信号F_RF1与第一本振模块产生的本振信号F_LO1进行基波混频，产生中频信号F_IF1，设定混频方程式为：

F_LO1–F_RF1＝F_IF1 (2)；

步骤3：通过第三混频器将第一本振模块产生的本振信号F_LO1和第二本振模块产生的本振信号F_LO3进行基波混频，产生本振信号F_LO2，设定混频方程式为：

F_LO1–F_LO3＝F_LO2 (3)；

步骤4：通过第二混频器将经过宽带功分器功分后的另一路信号F_RF2与第三混频器输出的本振信号F_LO2进行基波混频，产生中频信号F_IF2，设定混频方程式为：

F_RF2–F_LO2＝F_IF2 (4)；

步骤5：设定宽频带大带宽信号的中频频率值为F_IF，并使第二本振模块输出的本振信号F_LO3的频率值等于2倍的中频频率设计值F_IF，即

F_LO3＝2F_IF (5)；

步骤6：通过步骤3中的式(3)和步骤5中的式(5)可知，两路混频本振信号存在固定2倍中频差，即

F_LO1–F_LO2＝2F_IF (6)；

步骤7：继续本振扫描，直到两路混频通路产生的中频信号都等于宽频带大带宽信号的中频频率值，即F_IF1＝F_IF2＝F_IF；

步骤8：两路中频信号F_IF1和F_IF2分别经第一中频滤波处理模块和第二中频滤波处理模块进行滤波放大后，进入第一采集处理模块和第二采集处理模块，第一采集处理模块和第二采集处理模块分别对中频信号F_IF1和F_IF2采样处理后送入控制模块，由控制模块进行处理后得到正确的测量结果。

当F_IF1＝F_IF时，由式(1)、(2)、(4)和(6)可得

F_IF2＝F_IF (7)；

当F_IF2＝F_IF时，由式(1)、(2)、(4)和(6)可得

F_IF1＝F_IF (8)。

对于步骤2中的式(2)，在本振扫描过程中，还存在以下镜频调谐方程

F_RF1–F_LO1′＝F_IF1 (9)；

当F_IF1＝F_IF时，由式(1)、(8)、(4)和(6)可得

F_IF2＝3F_IF (10)；

此时F_IF1≠F_IF2；

对于步骤4中的式(4)，在本振扫描过程中，也存在以下镜频调谐方程

F_LO2′–F_RF2＝F_IF2 (11)；

当F_IF2＝F_IF时，由式(1)、(2)、(4)和(6)可得

F_IF1＝3F_IF (12)；

此时F_IF1≠F_IF2；

当F_IF1≠F_IF时，根据式(1)、(2)、(4)和(6)可得，F_IF1≠F_IF2。

因此，由上述计算得知，在本振扫描过程中，只有混频通路产生的中频信号等于设计的中频值时，两路中频信号才相等且等于设计的中频值。

根据上述结论，在仪器设备扫描过程中，第一采集处理模块和第二采集处理模块产生的两路数据信号经过控制模块采用相与运算后便可剔除镜频响应和其余杂波，仅保留输入信号的真实响应，从而得到正确的测量结果。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置和方法，与现有技术相比，一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置和方法，可以不采用开关滤波或者带通预选方式，而是通过宽频带对称双通道混频处理技术、两路相差两倍中频的本振信号快速同步扫描技术以及镜频及本振谐波多次混频等假信号自动抵消技术，来自动消除仪器测试过程中镜频等假信号影响，保证仪器设备在宽频段下实现大带宽、快速、准确地测量。

附图说明

图1为传统宽频带大带宽信号快速接收处理装置的原理框图。

图2为本发明一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置的原理框图。

其中，1-宽带功分器；2-第一混频器；3-第二混频器；4-第三混频器；5-第一本振模块；6-第二本振模块；7-第一中频滤波处理模块；8-第二中频滤波处理模块；9-第一采集处理模块9；10-第二采集处理模块；11-时钟模块；12-控制模块。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图2所示，一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置，包括宽带功分器1、混频器组、本振模块、中频滤波处理模块、采集处理模块、时钟模块和控制模块；

所述宽带功分器1，被配置为用于将输入信号功分为两路；

所述混频器组包括第一混频器2、第二混频器3和第三混频器4；

所述本振模块包括第一本振模块5和第二本振模块6；

所述第一本振模块5，被配置为用于为第一混频器2和第三混频器4分别提供本振信号；

所述第二本振模块6，被配置为用于为第三混频器4提供本振信号；

所述第一混频器2，被配置为用于将经过宽带功分器1功分后的其中一路信号与第一本振模块5产生的本振信号进行基波混频，输出中频信号；

所述第三混频器4，被配置为用于将第一本振模块5产生的本振信号和第二本振模块6产生的本振信号进行基波混频，输出本振信号至第二混频器3；

所述第二混频器3，被配置为用于将经过宽带功分器1功分后的另一路信号与第三混频器4输出的本振信号进行基波混频，输出中频信号；

所述中频滤波处理模块包括第一中频滤波处理模块7和第二中频滤波处理模块8；

所述第一中频滤波处理模块7，被配置为用于将经过第一混频器2产生的中频信号进行滤波、放大；

所述第二中频滤波处理模块8，被配置为用于将经过第二混频器3产生的中频信号进行滤波、放大；

所述采集处理模块包括第一采集处理模块9和第二采集处理模块10；

所述第一采集处理模块9，被配置为用于将经过第一中频滤波处理模块7处理后的信号进行采集和数字化处理；

所述第二采集处理模块10，被配置为用于将经过第二中频滤波处理模块8处理后的信号进行采集和数字化处理；

时钟模块11，被配置为用于为第一采集处理模块9和第二采集处理模块10提供相同的时钟信号；

所述控制模块12，被配置为用于将经过第一采集处理模块9和第二采集处理模块10处理后的信号进行信号轨迹的处理、送显以及控制；

所述宽带功分器1将输入信号功分为两路，其中一路信号与第一本振模块5产生的本振信号经过第一混频器2进行基波混频，并输出中频信号至第一中频滤波处理模块7，经过第一中频滤波处理模块7的滤波、放大处理后进入第一采集处理模块9，经过第一采集处理模块9的采集和数字化处理后进入控制模块12；

所述第一本振模块5产生的本振信号和第二本振模块6产生的本振信号经过第三混频器4进行基波混频，输出本振信号至第二混频器3；

所述宽带功分器1功分后的另一路信号与第三混频器4输出的本振信号经过第二混频器3进行基波混频，输出中频信号至第二中频滤波处理模块8，经过第二中频滤波处理模块8的滤波、放大处理后进入第二采集处理模块10，经过第二采集处理模块10的采集和数字化处理后进入控制模块12；

所述控制模块12，将经过第一采集处理模块9和第二采集处理模块10处理后的信号进行信号轨迹的处理、送显以及控制。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本发明提供一种宽频带大带宽信号快速接收处理方法，用于自动消除仪器测试过程中镜频等假信号影响，其中，包括如下步骤：

步骤1：通过宽带功分器将输入信号F_RF分为两路F_RF1和F_RF2，可得：

F_RF1＝F_RF2 (1)；

步骤2：通过第一混频器将经过宽带功分器功分后的其中一路信号F_RF1与第一本振模块产生的本振信号F_LO1进行基波混频，产生中频信号F_IF1，设定混频方程式为：

F_LO1–F_RF1＝F_IF1 (2)；

步骤3：通过第三混频器将第一本振模块产生的本振信号F_LO1和第二本振模块产生的本振信号F_LO3进行基波混频，产生本振信号F_LO2，设定混频方程式为：

F_LO1–F_LO3＝F_LO2 (3)；

步骤4：通过第二混频器将经过宽带功分器功分后的另一路信号F_RF2与第三混频器输出的本振信号F_LO2进行基波混频，产生中频信号F_IF2，设定混频方程式为：

F_RF2–F_LO2＝F_IF2 (4)；

步骤5：设定宽频带大带宽信号的中频频率值为F_IF，并使第二本振模块输出的本振信号F_LO3的频率值等于2倍的中频频率设计值F_IF，即

F_LO3＝2F_IF (5)；

步骤6：通过步骤3中的式(3)和步骤5中的式(5)可知，两路混频本振信号存在固定2倍中频差，即

F_LO1–F_LO2＝2F_IF (6)；

步骤7：继续本振扫描，直到两路混频通路产生的中频信号都等于宽频带大带宽信号的中频频率值，即F_IF1＝F_IF2＝F_IF；

步骤8：两路中频信号F_IF1和F_IF2分别经第一中频滤波处理模块和第二中频滤波处理模块进行滤波放大后，进入第一采集处理模块和第二采集处理模块，第一采集处理模块和第二采集处理模块分别对中频信号F_IF1和F_IF2采样处理后送入控制模块，由控制模块进行处理后得到正确的测量结果。

当F_IF1＝F_IF时，由式(1)、(2)、(4)和(6)可得

F_IF2＝F_IF (7)；

当F_IF2＝F_IF时，由式(1)、(2)、(4)和(6)可得

F_IF1＝F_IF (8)。

对于步骤2中的式(2)，在本振扫描过程中，还存在以下镜频调谐方程

F_RF1–F_LO1′＝F_IF1 (9)；

当F_IF1＝F_IF时，由式(1)、(8)、(4)和(6)可得

F_IF2＝3F_IF (10)；

此时F_IF1≠F_IF2；

对于步骤4中的式(4)，在本振扫描过程中，也存在以下镜频调谐方程

F_LO2′–F_RF2＝F_IF2 (11)；

当F_IF2＝F_IF时，由式(1)、(2)、(4)和(6)可得

F_IF1＝3F_IF (12)；

此时F_IF1≠F_IF2；

当F_IF1≠F_IF时，根据式(1)、(2)、(4)和(6)可得，F_IF1≠F_IF2。

因此，由上述计算得知，在本振扫描过程中，只有混频通路产生的中频信号等于设计的中频值时，两路中频信号才相等且等于设计的中频值。

根据上述结论，在仪器设备扫描过程中，第一采集处理模块和第二采集处理模块产生的两路数据信号经过控制模块采用相与运算后便可剔除镜频响应和其余杂波，仅保留输入信号的真实响应，从而得到正确的测量结果。

本发明一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置和方法，可以不采用开关滤波或者带通预选方式，而是通过宽频带对称双通道混频处理技术、两路相差2倍中频的本振信号快速同步扫描技术以及镜频及本振谐波多次混频等假信号自动抵消技术，来自动消除仪器测试过程中镜频等假信号影响，保证仪器设备在宽频段下实现大带宽、快速、准确地测量。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种宽频带大带宽信号快速接收处理方法，其特征在于：采用一种宽频带大带宽信号快速接收处理装置，其包括宽带功分器、混频器组、本振模块、中频滤波处理模块、采集处理模块、时钟模块和控制模块；

所述宽带功分器，被配置为用于将输入信号功分为两路；

所述混频器组包括第一混频器、第二混频器和第三混频器；

所述本振模块包括第一本振模块和第二本振模块；

所述第一本振模块，被配置为用于为第一混频器和第三混频器分别提供本振信号；

所述第二本振模块，被配置为用于为第三混频器提供本振信号；

所述第一混频器，被配置为用于将经过宽带功分器功分后的其中一路信号与第一本振模块产生的本振信号进行基波混频，输出中频信号；

所述第三混频器，被配置为用于将第一本振模块产生的本振信号和第二本振模块产生的本振信号进行基波混频，输出本振信号至第二混频器；

所述第二混频器，被配置为用于将经过宽带功分器功分后的另一路信号与第三混频器输出的本振信号进行基波混频，输出中频信号；

所述中频滤波处理模块包括第一中频滤波处理模块和第二中频滤波处理模块；

所述第一中频滤波处理模块，被配置为用于将经过第一混频器产生的中频信号进行滤波、放大；

所述第二中频滤波处理模块，被配置为用于将经过第二混频器产生的中频信号进行滤波、放大；

所述采集处理模块包括第一采集处理模块和第二采集处理模块；

所述第一采集处理模块，被配置为用于将经过第一中频滤波处理模块处理后的信号进行采集和数字化处理；

所述第二采集处理模块，被配置为用于将经过第二中频滤波处理模块处理后的信号进行采集和数字化处理；

时钟模块，被配置为用于为第一采集处理模块和第二采集处理模块提供相同的时钟信号；

所述控制模块，被配置为用于将经过第一采集处理模块和第二采集处理模块处理后的信号进行信号轨迹的处理、送显以及控制；

所述宽带功分器将输入信号功分为两路，其中一路信号与第一本振模块产生的本振信号经过第一混频器进行基波混频，并输出中频信号至第一中频滤波处理模块，经过第一中频滤波处理模块的滤波、放大处理后进入第一采集处理模块，经过第一采集处理模块的采集和数字化处理后进入控制模块；

所述第一本振模块产生的本振信号和第二本振模块产生的本振信号经过第三混频器进行基波混频，输出本振信号至第二混频器；

所述宽带功分器功分后的另一路信号与第三混频器输出的本振信号经过第二混频器进行基波混频，输出中频信号至第二中频滤波处理模块，经过第二中频滤波处理模块的滤波、放大处理后进入第二采集处理模块，经过第二采集处理模块的采集和数字化处理后进入控制模块；

所述控制模块，将经过第一采集处理模块和第二采集处理模块处理后的信号进行信号轨迹的处理、送显以及控制；具体包括如下步骤：

步骤1：通过宽带功分器将输入信号F_RF分为两路F_RF1和F_RF2，可得：

F_RF1＝F_RF2 (1)；

步骤2：通过第一混频器将经过宽带功分器功分后的其中一路信号F_RF1与第一本振模块产生的本振信号F_LO1进行基波混频，产生中频信号F_IF1，设定混频方程式为：

F_LO1–F_RF1＝F_IF1 (2)；

步骤3：通过第三混频器将第一本振模块产生的本振信号F_LO1和第二本振模块产生的本振信号F_LO3进行基波混频，产生本振信号F_LO2，设定混频方程式为：

F_LO1–F_LO3＝F_LO2 (3)；

步骤4：通过第二混频器将经过宽带功分器功分后的另一路信号F_RF2与第三混频器输出的本振信号F_LO2进行基波混频，产生中频信号F_IF2，设定混频方程式为：

F_RF2–F_LO2＝F_IF2 (4)；

步骤5：设定宽频带大带宽信号的中频频率值为F_IF，并使第二本振模块输出的本振信号F_LO3的频率值等于2倍的中频频率设计值F_IF，即

F_LO3＝2F_IF (5)；

步骤6：通过步骤3中的式(3)和步骤5中的式(5)可知，两路混频本振信号存在固定2倍中频差，即

F_LO1–F_LO2＝2F_IF (6)；

步骤7：继续本振扫描，直到两路混频通路产生的中频信号都等于宽频带大带宽信号的中频频率值，即F_IF1＝F_IF2＝F_IF；

步骤8：两路中频信号F_IF1和F_IF2分别经第一中频滤波处理模块和第二中频滤波处理模块进行滤波放大后，进入第一采集处理模块和第二采集处理模块，第一采集处理模块和第二采集处理模块分别对中频信号F_IF1和F_IF2采样处理后送入控制模块，由控制模块进行处理后得到正确的测量结果。