[发明专利]基于谐波混频的超外差式谐波检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐波检测装置，尤其是涉及一种基于谐波混频的超外差式谐波检测装置。

背景技术

在射频、无线通信领域，信息的传输都是将信息调制到较高频率的载波上进行的，因此对射频信号的载波测量显得尤为重要。同时，受限于频率资源的不可再生性，对载波的谐波成分也有各种强制性规范和要求。谐波的存在是载波信号失真的一个表象，同时谐波频率也可能对其它频率产生致命干扰，因此对这些载波信号的谐波测量也非常重要而且是必不可少的。在上述的测量要求中，测量频率范围通常超过了一个甚至两个倍频程。比如，测量900MHz的信号，其三次谐波在2700MHz附近。面对这种测量要求，最常用的方法是采用宽带微波频谱分析仪直接测量，它可以一次性的将基波、二次谐波、三次谐波直接测量出来，使用起来也非常方便。另外一种方法是使用示波器对信号进行测量，然后通过FFT算法变换成频域信号进行分析。这两种方法都有使用，但同时也存在如下一些问题：

1)宽带射频微波频谱仪的测量频率范围很宽，覆盖频率从低频到几十GHz。在这种应用场合下，大量的频率资源被浪费。这种测量大都采用多级变频才能实现，比如三级变频或二级变频等。随着变频级数的增加，系统噪声系数增大，影响了系统测量灵敏度低。

2)采用频谱分析仪进行谐波测量的技术体系复杂，体积大，重量重，不利于模块集成处理。利用频谱仪直接测量的成本很高，性价比差，在工业测试应用中很不经济。

3)示波器测量受限于仪器的通道带宽和采样率影响，频率上限很难达到很高的频率。同时，示波器的动态范围很小，对较小的谐波测量就无能为力了。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、灵敏度高、功耗小、成本低、扩展性好的基于谐波混频的超外差式谐波检测装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于谐波混频的超外差式谐波检测装置，其特征在于，包括射频通道选择单元和中频信号生成及处理单元，所述的中频信号生成及处理单元的输入端与射频通道选择单元的输出端连接；

所述的射频通道选择单元将射频输入信号过滤后生成所需的预选射频信号，该预选射频信号被送至中频信号生成及处理单元，中频信号生成及处理单元将接收到的预选射频信号变换成固定频率的中频模拟信号，并依次对该中频模拟信号进行滤波、放大、模数变换处理后转换成中频数字信号，对该中频数字信号依次进行滤波、带宽成形以及检波处理后输出最终的测量结果信号。

所述的射频通道选择单元包括基波滤波器、二次谐波滤波器、三次谐波滤波器、第一开关和第二开关，所述的第一开关分别与基波滤波器的输入端、二次谐波滤波器的输入端和三次谐波滤波器的输入端连接，所述的第二开关分别与基波滤波器的输出端、二次谐波滤波器的输出端和三次谐波滤波器的输出端连接；

所述的第一开关将射频输入信号分别送入基波通道、二次谐波通道和三次谐波通道这三个射频通道，每个通道分别由基波滤波器、二次谐波滤波器和三次谐波滤波器对进入该通道的射频信号进行滤波，生成所需的预选射频信号，该预选射频信号经第二开关进入中频信号生成及处理单元。

所述的中频信号生成及处理单元包括本振源、混频器、中频滤波器、中频放大器、模数变换器、数字下变频器和同步电路，所述的本振源、混频器、中频滤波器、中频放大器、模数变换器和数字下变频器依次连接，所述的同步电路设置在本振源和数字下变频器之间，所述的混频器的输入端分别与射频通道选择单元中的基波滤波器的输出端、二次谐波滤波器的输出端和三次谐波滤波器的输出端连接；

所述的混频器将接收到的预选射频信号频率与本振源输出的本振频率混频产生一个频率固定的中频模拟信号，该中频模拟信号依次经中频滤波器、中频放大器和模数变换器转换成中频数字信号后进入数字下变频器，该数字下变频器完成对中频数字信号的滤波、带宽成形以及检波等处理并输出最终的测量结果信号。

所述的数字下变频器(25)通过FPGA实现。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)该装置结构简单，且内部各功能都是窄带电路，易于实现；

2)可测量载波、二次谐波、三次谐波的频率和幅度值，而不需要宽带扫描；

3)采用一次混频即可实现测量，系统噪声系数较小，测量灵敏度大大提高；

4)整个装置体积和功耗小，易于系统集成；

5)实现成本大大降低；

6)对不同频率的测量，可以更换相对的滤波器和本振源即可实现，模块的扩展性能良好。