基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置，包括射頻通道選擇單元(1)和中頻信號生成及處理單元(2)，所述的中頻信號生成及處理單元(2)的輸入端與射頻通道選擇單元(1)的輸出端連接；所述的射頻通道選擇單元(1)將射頻輸入信號過濾后生成所需的預選射頻信號，該預選射頻信號被送至中頻信號生成及處理單元(2)，中頻信號生成及處理單元(2)將接收到的預選射頻信號變換成固定頻率的中頻模擬信號，并依次對該中頻模擬信號進行濾波、放大、模數變換處理后轉換成中頻數字信號，對該數字中頻信號進行處理后輸出最終的測量結果信號。與現有技術相比，本發明具有結構簡單、靈敏度高、功耗小、成本低、擴展性好等優點。
【專利說明】基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種諧波檢測裝置，尤其是涉及一種基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置。

【背景技術】
[0002]在射頻、無線通信領域，信息的傳輸都是將信息調制到較高頻率的載波上進行的，因此對射頻信號的載波測量顯得尤為重要。同時，受限于頻率資源的不可再生性，對載波的諧波成分也有各種強制性規范和要求。諧波的存在是載波信號失真的一個表象，同時諧波頻率也可能對其它頻率產生致命干擾，因此對這些載波信號的諧波測量也非常重要而且是必不可少的。在上述的測量要求中，測量頻率范圍通常超過了一個甚至兩個倍頻程。比如，測量900MHz的信號，其三次諧波在2700MHz附近。面對這種測量要求，最常用的方法是采用寬帶微波頻譜分析儀直接測量，它可以一次性的將基波、二次諧波、三次諧波直接測量出來，使用起來也非常方便。另外一種方法是使用示波器對信號進行測量，然后通過FFT算法變換成頻域信號進行分析。這兩種方法都有使用，但同時也存在如下一些問題:
[0003]I)寬帶射頻微波頻譜儀的測量頻率范圍很寬，覆蓋頻率從低頻到幾十GHz。在這種應用場合下，大量的頻率資源被浪費。這種測量大都采用多級變頻才能實現，比如三級變頻或二級變頻等。隨著變頻級數的增加，系統噪聲系數增大，影響了系統測量靈敏度低。
[0004]2)采用頻譜分析儀進行諧波測量的技術體系復雜，體積大，重量重，不利于模塊集成處理。利用頻譜儀直接測量的成本很高，性價比差，在工業測試應用中很不經濟。
[0005]3)示波器測量受限于儀器的通道帶寬和采樣率影響，頻率上限很難達到很高的頻率。同時，示波器的動態范圍很小，對較小的諧波測量就無能為力了。


【發明內容】

[0006]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種結構簡單、靈敏度高、功耗小、成本低、擴展性好的基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置。
[0007]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0008]一種基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置，其特征在于，包括射頻通道選擇單元和中頻信號生成及處理單元，所述的中頻信號生成及處理單元的輸入端與射頻通道選擇單元的輸出端連接；
[0009]所述的射頻通道選擇單元將射頻輸入信號過濾后生成所需的預選射頻信號，該預選射頻信號被送至中頻信號生成及處理單元，中頻信號生成及處理單元將接收到的預選射頻信號變換成固定頻率的中頻模擬信號，并依次對該中頻模擬信號進行濾波、放大、模數變換處理后轉換成中頻數字信號，對該中頻數字信號依次進行濾波、帶寬成形以及檢波處理后輸出最終的測量結果信號。
[0010]所述的射頻通道選擇單元包括基波濾波器、二次諧波濾波器、三次諧波濾波器、第一開關和第二開關，所述的第一開關分別與基波濾波器的輸入端、二次諧波濾波器的輸入端和三次諧波濾波器的輸入端連接，所述的第二開關分別與基波濾波器的輸出端、二次諧波濾波器的輸出端和三次諧波濾波器的輸出端連接；
[0011]所述的第一開關將射頻輸入信號分別送入基波通道、二次諧波通道和三次諧波通道這三個射頻通道，每個通道分別由基波濾波器、二次諧波濾波器和三次諧波濾波器對進入該通道的射頻信號進行濾波，生成所需的預選射頻信號，該預選射頻信號經第二開關進入中頻信號生成及處理單元。
[0012]所述的中頻信號生成及處理單元包括本振源、混頻器、中頻濾波器、中頻放大器、模數變換器、數字下變頻器和同步電路，所述的本振源、混頻器、中頻濾波器、中頻放大器、模數變換器和數字下變頻器依次連接，所述的同步電路設置在本振源和數字下變頻器之間，所述的混頻器的輸入端分別與射頻通道選擇單元中的基波濾波器的輸出端、二次諧波濾波器的輸出端和三次諧波濾波器的輸出端連接；
[0013]所述的混頻器將接收到的預選射頻信號頻率與本振源輸出的本振頻率混頻產生一個頻率固定的中頻模擬信號，該中頻模擬信號依次經中頻濾波器、中頻放大器和模數變換器轉換成中頻數字信號后進入數字下變頻器，該數字下變頻器完成對中頻數字信號的濾波、帶寬成形以及檢波等處理并輸出最終的測量結果信號。
[0014]所述的數字下變頻器(25)通過FPGA實現。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0016]I)該裝置結構簡單，且內部各功能都是窄帶電路，易于實現；
[0017]2)可測量載波、二次諧波、三次諧波的頻率和幅度值，而不需要寬帶掃描；
[0018]3)采用一次混頻即可實現測量，系統噪聲系數較小，測量靈敏度大大提高；
[0019]4)整個裝置體積和功耗小,易于系統集成；
[0020]5)實現成本大大降低；
[0021]6)對不同頻率的測量，可以更換相對的濾波器和本振源即可實現，模塊的擴展性能良好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為該諧波檢測裝置的結構示意圖；
[0023]圖2為數字下變頻器的結構示意圖；
[0024]圖3為射頻信號檢測的流程圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0026]如圖1所示，該諧波檢測裝置包括射頻通道選擇單元I和中頻信號生成及處理單元2兩部分，其中，中頻信號生成及處理單元2的輸入端與射頻通道選擇單元I的輸出端連接。該裝置的工作原理如下:需要進行檢測的射頻輸入信號通過射頻通道選擇單元I生成需要的預選射頻信號，該預選射頻信號隨即被送至中頻信號生成及處理單元2，中頻信號生成及處理單元2將接收到的預選射頻信號變換成固定頻率的中頻模擬信號，并依次對該中頻模擬信號進行濾波、放大、模數變換處理后轉換成中頻數字信號，對該中頻數字信號依次進行濾波、帶寬成形以及檢波處理后輸出最終的測量結果信號，具體的信號處理流程如圖3所示。
[0027]圖1提供了射頻通道選擇單元I的具體結構，該單元包括基波濾波器11、二次諧波濾波器12、三次諧波濾波器13、第一開關14和第二開關15，其中，第一開關14分別與基波濾波器11的輸入端、二次諧波濾波器12的輸入端和三次諧波濾波器13的輸入端連接，第二開關15分別與基波濾波器11的輸出端、二次諧波濾波器12的輸出端和三次諧波濾波器13的輸出端連接。
[0028]該單元的工作原理如下:射頻輸入信號通過第一開關14分別進入基波通道、二次諧波通道和三次諧波通道這三個射頻通道，每個通道分別由基波濾波器11、二次諧波濾波器12和三次諧波濾波器13對進入該通道的射頻信號進行濾波，生成所需的預選射頻信號，該預選射頻信號經第二開關15進入中頻信號生成及處理單元2。
[0029]圖1還提供了中頻信號生成及處理單元2的具體結構，該單元包括本振源26、混頻器21、中頻濾波器22、中頻放大器23、模數變換器24、數字下變頻器25和同步電路27，其中，本振源26、混頻器21、中頻濾波器22、中頻放大器23、模數變換器24和數字下變頻器25依次連接，同步電路27設置在本振源26和數字下變頻器25之間，用于同步本振信號和測量結果信號，混頻器21的輸入端分別與射頻通道選擇單元I中的基波濾波器11的輸出端、二次諧波濾波器12的輸出端和三次諧波濾波器13的輸出端連接。
[0030]該單元的工作原理如下:混頻器21將接收到的預選射頻信號頻率與本振源26輸出的本振頻率混頻產生一個頻率固定的中頻模擬信號，該中頻模擬信號的頻率固定，中頻濾波器22對該中頻模擬信號進行濾波處理，濾除本振信號、原始的射頻輸入信號以及相關的雜散信號并將其送至中頻放大器23進行信號增益，增益的大小根據中頻模擬信號幅值的大小決定，以適應不同信號幅值的測量要求，模數變換器24將過濾、增益后的中頻模擬信號進行模數轉換，轉換成中頻數字信號后進入數字下變頻器25，該數字下變頻器25完成對中頻數字信號的濾波、帶寬成形以及檢波等處理并通過USB、LAN和專用總線等接口輸出最終的測量結果信號，數字下變頻器25的功能在FPGA內實現。
[0031]值得注意的是，本振源26的頻率范圍選擇與射頻輸入信號的頻率范圍密切相關，假設射頻輸入信號頻率的下限為fin—min，上限為fin—_，中頻信號的頻率為fIF，那么基波測量時，本振源對應工作頻率f的范圍為[fin—min+fIF，fin—max+fIF] ;二次諧波測量時，本振源對應工作頻率f的范圍為[2 (2fin—min+fIF)，2 (2fin—max+fIF)];三次諧波測量時，本振源對應工作頻率f的范圍為[3 (3fin min+fIF)，3 (3fin max+fIF)]，在電路調整時，本振頻率可根據上述表達式進行計算。
[0032]如圖2所示，數字下變頻器25包括第一 CIC濾波器251、第二 CIC濾波器252、第一半帶濾波器253、第二半帶濾波器254、第一 FIR濾波器255、第二 FIR濾波器256、合路器257、濾波器258、存儲器259、數字振蕩器260和90度移相器261。其中，第一 CIC濾波器251、第一半帶濾波器253和第一 FIR濾波器255依次相連，第二 CIC濾波器252、第二半帶濾波器254和第二 FIR濾波器256依次相連，合路器257、濾波器258和存儲器259依次相連，合路器257的輸入端分別與第一 FIR濾波器255的輸出端、第二 FIR濾波器256的輸出端相連，數字振蕩器260的輸出端和90度移相器261的輸入端相連。
[0033]該變頻器的工作原理如下:首先由數字振蕩器260和90度移相器261產生兩路正交信號，該兩路正交信號分別與變頻器接收到的中頻數字信號混頻產生正交的I路和Q路兩路信號，并由第一 Cic濾波器251將I路信號中不需要的頻率分量進行濾波衰減，為防止I路信號在第一 CIC濾波器251中衰落太快，由第一半帶濾波器253、第一 FIR濾波器對衰減后的I路信號進行補償，同理，Q路信號也依次經過第二 CIC濾波器252、第二半帶濾波器254和第二 FIR濾波器256進行相同處理，最終經過補償環節的I路和Q路兩路正交信號在合路器257進行合路后生成所需的基帶信號，該基帶信號經過濾波器258濾波后存儲到存儲器中等待發送。
[0034]圖3提供了諧波檢測的具體流程，步驟如下:
[0035]在步驟S301，流程開始；
[0036]在步驟S302，射頻輸入信號進入通道選擇單元I ;
[0037]在步驟S303，根據檢測需要，第一開關14將射頻輸入信號送入相關射頻通道；
[0038]在步驟S304，相應濾波器對射頻輸入信號進行濾波后通過第二開關15送入中頻處理單元2 ；
[0039]在步驟S305，混頻器21將濾波后的射頻輸入信號頻率與本振源26輸出的本振信號頻率進行混合產生適合處理的中頻模擬信號；
[0040]在步驟S306，中頻濾波器22對中頻模擬信號進行選擇，濾除射頻輸入信號和本振信號及混頻產生的其它雜散信號；
[0041]在步驟S307，中頻放大器23對濾波后的中頻模擬信號進行放大；
[0042]在步驟S308，模數變換器24將放大后的中頻模擬信號變換成中頻數字信號；
[0043]在步驟S309，數字下變頻器25對中頻數字信號進行濾波，帶寬成形以及檢波等處理，將數字信號轉換成基帶信號；
[0044]在步驟S310，中頻處理單元2輸出最終的測量結果信號；
[0045]在步驟S311，流程結束。
【權利要求】
1.一種基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置，其特征在于，包括射頻通道選擇單元(1)和中頻信號生成及處理單元(2)，所述的中頻信號生成及處理單元(2)的輸入端與射頻通道選擇單元(1)的輸出端連接； 所述的射頻通道選擇單元(1)將射頻輸入信號過濾后生成所需的預選射頻信號，該預選射頻信號被送至中頻信號生成及處理單元(2)，中頻信號生成及處理單元(2)將接收到的預選射頻信號變換成固定頻率的中頻模擬信號，并依次對該中頻模擬信號進行濾波、放大、模數變換處理后轉換成中頻數字信號，對該數字中頻信號依次進行濾波、帶寬成形以及檢波處理后輸出最終的測量結果信號。
2.根據權利要求1所述的一種基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置，其特征在于，所述的射頻通道選擇單元(1)包括基波濾波器(11)、二次諧波濾波器(12)、三次諧波濾波器(13)、第一開關(14)和第二開關(15)，所述的第一開關(14)分別與基波濾波器(11)的輸入端、二次諧波濾波器(12)的輸入端和三次諧波濾波器(13)的輸入端連接，所述的第二開關(15)分別與基波濾波器(11)的輸出端、二次諧波濾波器(12)的輸出端和三次諧波濾波器(13)的輸出端連接； 所述的第一開關(14)將射頻輸入信號分別送入基波通道、二次諧波通道和三次諧波通道這三個射頻通道，每個通道分別由基波濾波器(11)、二次諧波濾波器(12)和三次諧波濾波器(13)對進入該通道的射頻信號進行濾波，生成所需的預選射頻信號，該預選射頻信號經第二開關(15)進入中頻信號生成及處理單元(2)。
3.根據權利要求2所述的一種基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置，其特征在于，所述的中頻信號生成及處理單元(2)包括本振源(26)、混頻器(21)、中頻濾波器(22)、中頻放大器(23)、模數變換器(24)、數字下變頻器(25)和同步電路(27)，所述的本振源(26)、混頻器(21)、中頻濾波器(22)、中頻放大器(23)、模數變換器(24)和數字下變頻器(25)依次連接，所述的同步電路(27)設置在本振源(26)和數字下變頻器(25)之間，所述的混頻器(21)的輸入端分別與射頻通道選擇單元(1)中的基波濾波器(11)的輸出端、二次諧波濾波器(12)的輸出端和三次諧波濾波器(13)的輸出端連接； 所述的混頻器(21)將接收到的預選射頻信號頻率與本振源(26)輸出的本振頻率混頻產生一個頻率固定的中頻模擬信號，該中頻模擬信號依次經中頻濾波器(22)、中頻放大器(23)和模數變換器(24)轉換成中頻數字信號后進入數字下變頻器(25)，該數字下變頻器(25)依次對中頻數字信號進行濾波、帶寬成形以及檢波處理后輸出最終的測量結果信號。
4.根據權利要求3所述的一種基于諧波混頻的超外差式諧波檢測裝置，其特征在于，所述的數字下變頻器(25)通過FPGA實現。
【文檔編號】H04B17/20GK104283625SQ201210009142
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2012年1月13日 優先權日:2012年1月13日
【發明者】陳爽 申請人:上海創遠儀器技術股份有限公司