CN1086030C - 用于频谱分析的接收机 - Google Patents

Abstract

用于频谱分析的接收机包括至少一个混频器(230)，待测的无线频率(f₁)输入信号在这里与压控振荡器产生的振荡器频率(f₂)相混合。在所述的信号转换成较低频率后，在检测器(214)中检测待测输入信号的电平。用把检测的信号加到判决装置(215)的方法可以避免使用对数放大器，判决装置响应检测的输入信号的电平的变化，提供一个正比于变化的幅度和方向的控制电压(Vcntrl)。所述的电压控制可调节衰减器(210)衰减待测信号以使检测的输入信号的电平实际上维持恒定。衰减器的衰减用分尺量测，线性地取决于控制电压，因此控制信号值就直接代表幅度值。

Description

用于频谱分析的接收机

本发明涉及用于量测无线频率输入信号的频谱的接收机，包括用于产生本地振荡信号的装置，一个混频器，输入信号和本地振荡器信号在其中相混以产生中频信号，和一个检测器，用于检测已经转换成中频的输入信号的包络。

在频谱分析中；用频谱分析器来研究电信号能量作为频率的函数的分布，它允许频谱中一部分的幅度作为频率的函数而图示出来。分析器可用作测量衰减，FM偏差和频率以及用来研究RF脉冲的灵敏接收机。简单的频谱分析器基于一个超外差式接收机和一个示波器。在接收机中，输入信号在混频器中与从压控振荡器得到的频率相混频。振荡器的控制电压是锯齿电压，振荡器的频率借此在一定的频率范围内扫瞄。混频结果得到的中频被放大和检测。把在视频放大器中放大了的检测信号加到阴极射线管的垂直偏转板上，而所述的锯齿电压加到水平偏转板上。结果，在显示器上画出作为频率函数的幅度。在老的频谱分析器中，将检测器和视频放大器结合在一个单元中。

图1表示主要用于监视的现有技术的频谱分析器的简单方框图。输入的RF信号在衰减器1被衰减，此后，在混频器级3中把它与振荡器频率f₂混频之前先把它在泸滤器2中低通滤波。振荡器频率f₂在YIG振荡单元A产生，它包括振荡器4及其控制电路5和6。YIG振荡器的频率f₂根据由斜坡产生器7得到的斜坡电压而变化，振荡器的频率借以在在要求的频带内扫描。阴极射线管CRT的水平偏转电压响应斜坡产生器7的电压的改变。由在混频器3得到的混频结果，将要求的频率在可调的带通滤波器7中滤波，此后在两个采用固定振荡器频率的级联的混频器级9和10中将信号频率进一步降低。这样可以把分辨带作得较窄些。在一连串的可切换的中频放大器11中进行放大，在可调节通带的滤波器12中进行带通滤波，并且在中频放大器13中进行放大之后，把信号加到执行对数变换的单元14上。在此单元也执行检测。把进行检测和对数放大的部分结合的部件是商业上可得到的。单元14按对数比例检测信号的幅度作为频率函数的输出。阴极射线管的垂直偏转电压响应单元14的输出而变化。借以使输入信号的幅度以分贝刻度作为频率的函数而画在管子上。

在现有技术的频谱分析器中，使用视频放大器。名字来源于检测器，其中在包络检测之后或之前使用了对数放大器，即一连串有限幅器输出的饱和放大器。此种类型的视频放大器的精度高，但其价格贵。也可能使用在输出处带RSSI(接收信号强度指示器)电路的IF放大器电路。应用这个解决办法的放大器的优点是价廉，但缺点是低精度。用现有技术的分析器能达到的动态范围约为60dB，这限制了分析器的使用。此外，视频放大器可能随质量而非常昂贵，并且在生产中引起的分析器之间的偏差会很大，从而为了降低此偏差必须进行不同类型的调整。第三个缺点由这样的事实引起的，因为对可调振荡器的精度要求高必须采用昂贵的振荡器方案如YIG振荡器。

本发明的目的是得到一个适用于分析无线频率信号的用于频谱分析的接收机，并避免现有技术接收机的缺点。该目的具体是用简单的可靠的方式以频率的函数来量测信号电平，不用对数放大链，并达到直至100dB的宽动态范围。

用权利要求1中所描述的频谱分析器达到了此目的。

本发明的接收机包括一可调节衰减器和一个第一装置用来响应检测信号电平而产生控制信号以调节其衰减，从而使检测信号电平保持不变，及一个第二装置用来记录控制信号值。在这种场合下，控制信号表示幅度值。

根据优选实施方式，接收机包括一个微处理器，控制信号值记录在其中，并且处理这些值将其显示在显示单元上。微处理器也进行可调节衰减器的校准。如果信号超过了动态范围，则发出通报，使接收机的工作得以继续以预定方式进行。

根据优选实施方式，借助于锁相环产生振荡器频率，其分频器的除数值由上述的微处理器提供，使其得以产生将以所要求的频率步长被扫描的频率范围的频率，并将频率信息和正比于检测信号幅度值的衰减器控制信号值记录在微处理器中。

下面，借助于本发明的优选实施方式参照附图将详细公开本发明，其中

图1表示用于频谱分析现有技术的接收机的方框图和

图2表示根据本发明用于频谱分析的接收机的方框图。

在本发明的接收机中，方法部分地同于在现有技术的接收机中的方法，参见图2：待研究的输入RF信号RFJN在混频器230中与振荡器频率f₂相混至带通滤波器280的中频，此后在检测单元214进行检测。本质的差别在于在检测器之后没有对数放大器，而检测信号的电平在判决单元215中研究。衰减器210响应由单元215提供的信息将输入信号衰减或放大以使检测信号电平保持恒定。原理类似于在无线接收机中应用的AGC原理(AGC，自动增益控制)。

当振荡器频率f₂在要求的带中扫瞄并且衰减器210的调整值记在存储整器中时，就容易地用处理调整值的方法来在显示单元上形成频谱曲线，因为调整值正比于幅度值。

下面，参考图2详细公开接收机的工作。

具有频率f₁的待测RF信号进入滤波器211，它把待测信号的有用带宽限制在恰当的范围内。此后，信号在可调节衰减器210中被衰减或放大以使在检测器214之后在B点的检测信号电平保持恒定。可调节衰减器210可以以一连串的PIN二极管的形式或市场上可买到的衰减器微电路来实现。对于衰减器的一个很重要的要求是其分贝衰减要线性地依控制电压V_CNTRL而定，即变化v/dB是线性的。例如，合适的改变是1v/10dB。实际上为达到要求的变化，需要用若干衰减级，从而校准电压Vcalibr能加到一个衰减级上。校准电压以下文公开的方式由微处理器232经D/A转换器219而得到。

待测信号的频率f₁，在衰减器210中被衰减/放大，在混频器230中用与振荡器频率f₂信号相混的方法转换成低些的频率，f₂是由压控振荡器217得到的。根据优选实施方式，用锁相环PLL来产生频率f₂，压控振荡器217是锁相环中的一部分，它的其他部分，如相位比较器，环路滤波器，参考振荡器和除法器只用PLL单元231来表示。包括所述的其他部分的集成电路，即通常所说的PLL电路有商品可得到。如一般所知，一个锁相环在其除数可用软件改变的情况下就构成一个频率合成器。用环路合成的频率，即所谓振荡器频率f₂由微处理器232用向PLL单元231的可偏程环路除法器(未画出)提供一个合适的除数来决定。当除数改变时，VCO217的控制电压V_vco改变，因而由VCO产生的频率就在要求的频带内渐渐地变化。用锁相环产生振荡器频率的办法，在所用的窄的频率范围内所得到极好的频率精度和非常低的价格，例如，与YIG振荡器相比较。

由混频得来的中频信号在带通滤波器280中滤波。这样，滤波器就限制了测量的分辨率。转换成低频后的测量信号，加到检测器214上，它的输出提供信号的包络。此后，检测信号加到判决单元215，在此处研究输入信号电平比在B点给定的值高还是低。如果电平比给定的值高些或低些，判决单元215提供一控制信号V_CNTRL，它通过低通滤波器216控制衰减器210衰减或放大输入信号RFIN使它在B点保持要求的值。控制信号V_CNTRL的值代表衰减器210的位置，这恰好是要求的信息，因为显示单元(未画出)的垂直偏转是根据它来控制的，换句话说，可以在特殊的频率上用所述值的基准很容易地计算出信号的dB值。如果使用的这种衰减器的以分贝量测的衰减线性地随控制电压V_CNTRL而定，则计算是简单的。控制信号V_CNTRL的值，是要求的信息，在A/D变换器218中把它变换成数字形式并记在微处理器232中。由于处理器用把除数供给锁相环的方法来设置振荡器频率，所以它也有相应的频率信息。因此，频率信息(X坐标)和衰减的dB信息(Y坐标)记录在处理器中，这样就可在显示单元上立即或稍后显示频谱。记录数据也可以容易地实时或用后处理的方法来处理。

判决电路215可为一比较器或运算放大器，将包络检测器214的输出与参考电平相比较，也可为一提供RSSI检测器的中频电路，借此，通过调整衰减器210电路的RSSI电压得以维持恒整定。可以采用在频谱分析器中使用的现有技术的滤波器来作为适合于滤波控制电压V_CNTRL的低通滤波器，此滤波器把进入频谱分析器的显示器的信号的噪声带宽变窄，假使是这样的话信号的噪声带宽进入A/D变换器218。

判决电路215也提供一包络信息，把它加到比较器233上。当包络电平超过给定的参考电平时，比较器233向微处理器232提供一个超过参考电平的信息，指示超过了接收机的动态范围，即待测信号超出了量测范围。响应此信息，微处理器实现预定的操作，例如，即给出告警。也可能从控制电压信息V_CNTRL来得到上述的信息，即，衰减器在其极端位置的信息，因此再也不能增加衰减了。但是，按由包络提供的信息来动作速度明显地快。

也可以对微处理器232编程一计算表。此表包括PLL电路231的负载的信息，即，由它产生的频率信息，和指示校准衰减器必须被校正多大位置以得到输入电平的校正值的电平错误校正值信息，该校准衰减器是衰减器210的一部分。在D/A变换器219中将校准控制V_calibr转换成模拟形式并加到衰减器210上。

在生产线上制造接收机时进行校准。也可以实现这样一种接收机方案，其中输入级自动连到校准产生器上，它可以是一梳状产生器(Combgenerator)或一噪声产生器，微处理器232通过以频率的函数来研究输入电平的方法来进行校准步骤，并产生信息的校正值。

如果接收机的输入信号的滤波器211和/或混频结果的滤波器280是电压控制的滤波器，可以用VCO217的控制电压V_vco来调节这些滤波器，从而使滤波器的通带可根据待研究信号的频率而改变。在图2中用引到滤波器的线表示了这种可能性。

用本发明的用于频谱分析的接收机，可以根据频率来完成信号电平的简单又可靠的测量，而不用昂贵的对数检测器。应当理解为与此相关的上面的解释和具体说明只是想说明本发明。在不脱离后附的权利中阐明的本发明的范围和实质的情况下明显可由熟练的技术人员对本发明作出不同的变化和修改。因此，可以把检测器和判决电路结合在一块商品电路中，如一个提供RSSI电路的中频电路。在图2中用包围检测和判决单元的虚线图示了这点。微处理器也可把温度校准与校准信号结合起来。就例子来说，只有一个混频器级，但是，用增加混频器级数的方法，可以达到很窄的分辨带。也能用直接混频，使带通滤波器280得以用低通滤波器和放大器来代替，即一个有源滤波器。但是，直接混频带来缺点，因为VCO的频率与输入信号的频率相同，VCO的频率可能泄漏到输入口RF1N中。也可把衰减器放在混频器之后在信号检测之前的适当的位置。

Claims (10)

1.一个用于频谱分析的接收机，包括：

至少一个混频器(230)，待测的无线频率(f₁)输入信号在该混频器中与压控振荡器(217)产生的振荡器频率(f₂)相混频转换成较低频率，

一个用于在所述的信号转换成较低频率后检测待测输入信号电平的检测器(214)，其特征在于进一步包括：

判决装置(215)，用来响应所检测的输入信号电平的变化，提供正比于此变化的幅度和方向的控制电压(Vcntrl)，

一个可调节衰减器(210)，待测信号连到它上面，它响应所述的控制电压(Vcntrl)，对从衰减器的输出来的待测信号实现衰减或放大，因此检测的输入信号的电平实际上维持恒定，借以使控制电压信息正比于待测信号电平，和

控制和记录装置(232)，用来记录和处理控制电压信息和振荡器频率信息。

2.如权利要求1中要求的接收机，其特征在于可调节衰减器(210)接在混频器(230)之前。

3.如权利要求1中要求的接收机，其特征在于判决电路(215)包括用于将所检测的输入信号与参考电平相比较的装置，还在于控制电压(Vcntrl)正比于输入信号电平与参考电平的偏差。

4.如权利要求1中要求的接收机，其特征在于压控振荡器(217)是频率合成器的一部分，还在于控制和记录装置(232)控制合成器产生要求的振荡器频率(f₂)。

5.如权利要求1中要求的接收机，其特征在于控制电压(Vcntrl)加到A/D变换器(218)上，使由所述的A/D变换器得到的并加到控制和记录装置(232)上的控制电压的数字值是所述的控制电压信息。

6.如权利要求1中要求的接收机，其特征在于接收机还包括用于监视动态范围的装置(233)，所述装置响应升高到预定值之上的已检测的输入信号电平，给控制和记录装置(232)提供一个超出信息。

7.如权利要求1或2中要求的接收机，其特征在于可调节衰减器(210)包括若干个可调节衰减级，控制和记录装置(232)用给一级提供校准电压(Vcalibr)的方法来调节此级的衰减。

8.如权利要求4中要求的接收机，其特征在于频率合成器的压控振荡器(217)的控制电压(Vvco)也是接收机的可调节滤波器(211，280)中至少一个的调节电压。

9.如权利要求1中要求的接收机，其特征在于可调节衰减器(210)的以分贝量测的衰减线性地依赖于控制电压(Vcntrl)。

10.如权利要求1中要求的接收机，其特征在于控制和记录装置(232)是微处理器，处理控制电压信息和振荡器频率信息以使作为频率的函数待测的信号的幅度可以用显示装置来显示。

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