[发明专利]用于频谱分析仪的频率转换器中实际谱线和影像谱线区分

说明书

技术领域

本发明涉及频率转换器。更具体地，涉及在频率转换器中消除影像谱线(image ray)的处理。

背景技术

频谱分析仪是一种测量仪器，其量化了要分析的信号的电磁频谱中每一频率所包含的能量或者电磁能。这种分析仪通常工作在从几百赫兹或者更少到几千兆赫兹的频率范围内。这种仪器用于设计无线电射频和微波系统，特别是用于测量扰乱无线传输的电磁微扰。它还用于校验和调谐安装在例如专用塔、高建筑物等较高点上的通信系统。由于这些原因，且因为无线传输是快速增长的行业，重量和体积对于用户的安全和工作状况来说变得越来越重要。

为了确定频谱，例如最小频率f_min和最大频率f_max之间的每一频率处的功率，需要使用带通滤波器扫描工作频谱并测量滤波器输出处的功率。滤波器的带宽必需可变以能够分开相近的信号或者迅速扫描整个带宽。由于没有技术可用于在整个频率范围内直接进行这种滤波，通常通过外差法将需要分析的信号转换为给定的频率，然后相应地进行滤波。滤波器带宽的最小值和最大值依赖于仪器的综合性能。对于中等仪器，滤波器以步幅比1，3，10等在300Hz到3MHz的范围内可变。

频率转换器基本上是一个混频器。混频器是本领域内公知的部件，它是一种信号的乘法器，这些信号可以分解为正弦信号的和，如同傅立叶证明的。那么混频过程就是正弦信号的乘法。为了讨论简单，认为混频器是理想的，即只考虑一阶的乘法。我们将使用简单的公知等式

sin(A)·sin(B)＝0.5·[cos(A-B)-cos(A+B)]

其中sinA是混频器输入的正弦信号，B是本地振荡器提供的正弦信号，以下简称为LO。

图1示出了现有装置的一部分，其用于例如本发明申请人所出售的可通过购买获得的频谱分析仪的前端。将参考该图使用简单的数值例子讨论本发明所要解决的问题。图1的装置包括混频器2，用于将待分析的信号与频率fol的本地振荡器4的输出进行混频。混频器的输出施加到在频率fi附近进行滤波的带通滤波器6。第二混频器16和第二本地振荡器15将称为中间频率IF的该频率fi转换为最终频率，对于该最终频率存在进行简单和有效的分析的技术。滤波器17消除第二混频器输出中不需要的频率。直接转换需要滤波器6非常高的选择性，在多数情况下不适于此处描述类型的仪器。

图1的装置的工作如下。本地振荡器4和混频器2将转换装置接收的信号转换为中间频率fi处的信号。在此频率处，带通滤波器6消除混频器在混频中产生的称为寄生频率的不需要的频率。在输入信号频率低于和高于第一本地振荡器的频率时，混频器生成频率fi的信号，具体为：

|fol-fin|＝fi        (1)

其中fin是输入到混频器的信号中的频率谱线(frequency ray)。

为了确定施加到图1的装置的信号中是否存在给定频率fin的谱线，对本地振荡器的频率进行控制，使得

fol-fin＝fi          (2)

由此，当本地振荡器设定在频率fol＝fi+fin时，滤波器6输出的信号代表施加到混频器的信号中频率fin的谱线。

当根据(2)选择振荡器的频率时，称为影像频率(image frequency)的频率fin’，也可以在混频器2和滤波器6的输出处形成频率fi的谱线。实际上，假设

fol＝fin+fi          (2’)

那么在施加到混频器的信号中频率为

fin’＝fol+fi＝fin+2·fi    (3)

的谱线也会在混频器的输出处形成fi的谱线。实际上，混频器提供的信号为

fin’-fol＝fi

因此，对于给定的振荡器频率值，混频器输出的谱线可以代表所寻找的频率fin，但也表示存在影像频率。影像频率相对于所寻找的频率偏移2·fi。

如果扫描振荡器频率来提供输入信号的频谱，那么对于输入信号中给定频率fin的谱线，谱线出现在

fol＝fin+fi和

fol’＝fin-fi

这对于输入的每个信号提供了混频器输出处的两个谱线。