CN107800443B - 射频无源谐振传感特征解调变换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频无源谐振传感特征解调变换电路，涉及无线传感器变换解调测试技术领域。所述变换电路包括：激励源、功率分配器和幅相接收单元，所述激励源经功率分配器后分成多路输入给幅相接收单元中相应的模块，所述幅相接收单元用于对将被测信号下变频至中频信号进行输出后送入后端的信号调理及量化采集模块，将信号变换成离散的时域信号供后端处理。所述变换电路具有输出频率范围宽、跳频速度快、相位噪声低、频率分辨率高、扫频周期高和响应时间短等优点。

Description

射频无源谐振传感特征解调变换电路
技术领域
本发明涉及无线传感器变换解调测试技术领域，尤其涉及一种射频无源谐振传感特征解调变换电路。
背景技术
在研究网络分析测试过程中，大多数研制单位都采用的是Agilent、NI等公司、英国WayneKerr公司、日本HIOKI公司生产的阻抗分析仪器或者矢量网络分析仪器。
AgilentE4991A射频阻抗/材料分析提供极限阻抗测量性能和功能强大的内置分析功能。它将为元器件和电路设计人员测量3GHz以内的元器件提供创新功能，帮助他们进行研发工作。与反射测量技术不同，E4991A使用射频电流-电压(RF-IV)技术，可在广泛的阻抗范围内提供更精确的阻抗测量结果。基本阻抗精度是+/-0.8％。高Q精度有利于进行低功耗元器件分析。内置合成器具有1MHz到3GHz的扫描范围和1mHz的分辨率。
AgilentE5071C网络分析仪的速度、精度和通用性为射频网络分析树立了新标准。分析仪具有广泛的测量功能，可满足多种网络分析需求，能够为多个行业领域(例如无线通信、汽车、半导体和医疗)的制造和研发应用提供高效率和灵活性。宽动态范围:>123dB，测量速度:在扫描1601点及全2端口校准时为41ms，低迹线噪声:70kHzIFBW时，<0.004dBrms，针对平衡测量的内置的2端口或可选的4端口，配置有自校准和数据分析工具，各种频率选择。
尽管上述仪器在功能和配件配置上有很多优势，但是在实验室的基础技术研究过程中仅仅起到相应的基本功能验证，此类仪器通常在体积和重量上都很庞大，无法真正适用于项目的实际应用领域。由于其主要采用的是射频电流-电压(RF-IV)技术，所以易受到电磁干扰的影响，同时前述大型仪器稳定性较差，这就导致在信号传输中带来必不可少的损失和噪声，影响到测试精度。上述仪器不仅驱动功率不够，解调宽带较低，大大降低测试效率，同时驱动能力较差，扫频周期较长，很难满足当前器件响应速度的测试需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种输出频率范围宽、跳频速度快、相位噪声低、频率分辨率高、扫频周期高和响应时间短的射频无源谐振传感特征解调变换电路。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种射频无源谐振传感特征解调变换电路，其特征在于包括：激励源、功率分配器和幅相接收单元，所述激励源经功率分配器后分成多路输入给幅相接收单元中相应的模块，所述幅相接收单元用于对将被测信号下变频至中频信号进行输出后送入后端的信号调理及量化采集模块，将信号变换成离散的时域信号供后端处理。
进一步的技术方案在于：所述激励源包括扫描激励模块、第一滤波模块以及功率放大模块，所述扫描激励模块的输出端与所述第一滤波模块的输入端连接，所述第一滤波模块的输出端与所述功率放大模块的输入端连接，所述功率放大模块的输出端与所述功率分配器的信号输入端连接。
进一步的技术方案在于：所述幅相接收单元包括预选频滤波器，所述预选频滤波器的输入端用于输入被测信号，所述预选频滤波器的输出端与低噪放大器的输入端连接，所述低噪放大器的输出端与镜像抑制滤波器的输入端连接，镜像抑制滤波器的输出端分为两路，一路与混频乘法器的一个输入端连接，另一路与鉴频器的一个输入端连接，混频乘法器的输出端与检波器的输入端连接，所述功率分配器的输出端分为两路，第一路与所述鉴相器的另一个输入端连接，第二路与混频乘法器的本振信号输入端连接，所述检波器的输出端与中频带通滤波器的输入端连接，所述中频带通滤波器的输出端与可控增益放大器的一个输入端连接，所述鉴相器的输出端与第二低通滤波器的输入端连接，所述第二低通滤波器的输出端与所述可控增益放大器的另一个输入端连接，所述可控增益放大器的输出端为所述幅相接收单元的信号输出端。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述解调变换电路的频率范围可达到3GHz，具有高扫描带宽(100MHz)，输出频带宽、跳频速度快、相位噪声低、频率分辨率高，扫频周期高，响应时间短，能实现实时的，准确的变换和测试。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述解调变换电路的原理框图。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明实施例公开了一种射频无源谐振传感特征解调变换电路，包括：激励源、功率分配器和幅相接收单元。所述激励源经功率分配器后分成多路输入给幅相接收单元中相应的模块，所述幅相接收单元用于对将被测信号下变频至中频信号进行输出后送入后端的信号调理及量化采集模块，将信号变换成离散的时域信号供后端处理。
进一步的，如图1所示，所述激励源包括扫描激励模块、第一滤波模块以及功率放大模块，所述扫描激励模块的输出端与所述第一滤波模块的输入端连接，所述第一滤波模块的输出端与所述功率放大模块的输入端连接，所述功率放大模块的输出端与所述功率分配器的信号输入端连接。
激励源提供被测件激励信号，由于仪器测试被测件无线传输器件特性与工作频率关系，所以，网络分析仪内信号源需具备频率扫描功能。为保证测试的频率精度，所述变换电路内部激励源采用频率合成方法实现。当扫宽设置为零时，输出信号为点频信号。所述变换电路中，基于仪器的现有功能和配置流程，设计有基于数字合成的线性扫频激励源，测试***所用到的驱动信号源都是由其工作生成，该模块的精度及驱动能力、步进值驱动仪器的信号变换单元，影响到电磁耦合信号的有效传输。
所述变换电路中包括输出频率范围为1～3GHz的宽带功率分配器，扫频带宽为100MHz。该功率分配器方案输出功率大于+4dBm，输出信号相位噪声将优于-94dBc/Hz@1kHz。
进一步的，如图1所示，所述幅相接收单元包括预选频滤波器，所述预选频滤波器的输入端用于输入被测信号，所述预选频滤波器的输出端与低噪放大器的输入端连接，所述低噪放大器的输出端与镜像抑制滤波器的输入端连接，镜像抑制滤波器的输出端分为两路，一路与混频乘法器的一个输入端连接，另一路与鉴频器的一个输入端连接，混频乘法器的输出端与检波器的输入端连接，所述功率分配器的输出端分为两路，第一路与所述鉴相器的另一个输入端连接，第二路与混频乘法器的本振信号输入端连接，所述检波器的输出端与中频带通滤波器的输入端连接，所述中频带通滤波器的输出端与可控增益放大器的一个输入端连接，所述鉴相器的输出端与第二低通滤波器的输入端连接，所述第二低通滤波器的输出端与所述可控增益放大器的另一个输入端连接，所述可控增益放大器的输出端为所述幅相接收单元的信号输出端。
在幅相接收单元中，被测信号首先经过预选频滤波器(PreselectFilter)，该滤波器主要是用来抑制带外信号和镜像频率的干扰。接着再经过一个低噪声放大器(LNA)，低噪声放大器主要用来在尽可能不增加噪声的情况下放大有用信号，由于其能提供一定的增益，所以整个信号变换部分噪声系数很大一部分是由低噪放的噪声系数来决定的。在低噪声放大器之后是带通滤波器(IRFilter)，该滤波器主要用来滤除有用信号的镜像频率。再使用一个可调的本振(LO)和一个下混频乘法器(MIXER)将射频信号变频到固定的中频。中频信号通过中频带通滤波器(IFBPF)和中频可变增益放大器(IFVGA)，中频带通滤波器用来滤除无用的中频干扰信号，可变增益放大器用来调节链路的动态范围。将仪器所需测量的中频信号送入后端的信号调理及量化采集模块，将信号变换成离散的时域信号供后端处理。
与现有技术相比本发明所述变换电路，可以提高输入端口数量，改变原有单一的扫频模式，可以实现线性，对数，点频等模式，最小扫频周期达到毫秒量级，测量速度可以达到微秒量级，刷新频率达到毫秒量级。提高了频率输入范围。频率稳定度小于5ppm。品质因素更高，具有-90°～90°的相位测量区间，提高了输出功率，与现有技术相比避免频率源都是由信号发生器等测量仪器生成，它们对工作环境要求高，体积庞大，不适用实验室之外的环境进行测试研究，功耗巨大等缺点，本专利减小了体积，降低了功耗，能够应用于强磁场等恶劣环境中，实现了小型化，多功能的特点。
所述变换电路通过下变频器将频率较高的信号下变频到频率较低的中频信号，避免了高频信号处理可能遇到的问题，相比之下在频率较低的中频上处理信号要容易得多。在射频部分，预选频滤波器和镜像抑制滤波器的Q值都比较高，经过下变频器后，由于中频远低于射频，中频带通滤波器在选择有用的信道时比在射频部分要容易得多，Q值的标准更容易达到。使用射频滤波器来选择频带，使用中频带通滤波器来选择信道，在处理很弱的信号时需要提供很高的增益，但是增益过高会导致***的不稳定。在分配这么高增益时一般将总的增益分别配置到射频、中频和基带三个部分。前级射频部分的增益一般由低噪声放大器来提供，在提供增益的同时抑制后级电路的噪声，考虑到高频高增益的不稳定，以及***线性度的要求，低噪放的增益一般不会很大。中频部分实现高增益要相对容易且稳定，配合中频自动增益控制AGC的使用，增加动态范围。

Claims (1)

1.一种射频无源谐振传感特征解调变换电路，其特征在于包括：激励源、功率分配器和幅相接收单元，所述激励源经功率分配器后分成多路输入给幅相接收单元中相应的模块，所述幅相接收单元用于对将被测信号下变频至中频信号进行输出后送入后端的信号调理及量化采集模块，将信号变换成离散的时域信号供后端处理；
所述激励源包括扫描激励模块、第一滤波模块以及功率放大模块，所述扫描激励模块的输出端与所述第一滤波模块的输入端连接，所述第一滤波模块的输出端与所述功率放大模块的输入端连接，所述功率放大模块的输出端与所述功率分配器的信号输入端连接；
所述幅相接收单元包括预选频滤波器，所述预选频滤波器的输入端用于输入被测信号，所述预选频滤波器的输出端与低噪放大器的输入端连接，所述低噪放大器的输出端与镜像抑制滤波器的输入端连接，镜像抑制滤波器的输出端分为两路，一路与混频乘法器的一个输入端连接，另一路与鉴相器的一个输入端连接，混频乘法器的输出端与检波器的输入端连接，所述功率分配器的输出端分为两路，第一路与所述鉴相器的另一个输入端连接，第二路与混频乘法器的本振信号输入端连接，所述检波器的输出端与中频带通滤波器的输入端连接，所述中频带通滤波器的输出端与可控增益放大器的一个输入端连接，所述鉴相器的输出端与第二低通滤波器的输入端连接，所述第二低通滤波器的输出端与所述可控增益放大器的另一个输入端连接，所述可控增益放大器的输出端为所述幅相接收单元的信号输出端。
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