[发明专利]一种提高宽带信号分析仪器灵敏度和动态范围的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高宽带信号分析仪器灵敏度和动态范围的装置，以及一种提高宽带信号分析仪器灵敏度和动态范围的方法。

背景技术

为了得到高的灵敏度，宽带信号分析仪器接收通路噪声系数应该尽可能小；为了实现足够大的动态范围，宽带信号分析仪器接收通路除了噪声系数小外，还应具有足够高的增益压缩点和失真截获点等，尽量避免产生压缩和失真。

在宽带信号分析仪器中，灵敏度和动态范围是非常重要的指标。灵敏度反映了仪器可测量低电平信号的能力；动态范围则体现了仪器测量同时存在的两个信号幅度差的能力。为了得到优异的测量灵敏度，传统信号分析仪器通常在接收前端通加入低噪声放大器；但是加入低噪声放大器却使仪器测量大幅度信号的能力变差，即动态范围指标会受一定影响。

传统宽带信号分析仪器接收处理通路中，通常包括程控步进衰减器、高低波段开关、低波段混频通路、高波段混频通路、中频处理电路、采集处理电路以及控制模块等功能单元，原理如图1所示。

其中：

程控步进衰减器实现输入端口的阻抗匹配和对输入信号的幅度调整，通常可实现2dB步进（或5dB步进）的、最大超过60dB的衰减控制。

高低波段开关实现高低频段信号的通路选择。

低波段混频通路实现低频段信号的滤波和混频，将低波段信号变为中频信号。

高波段混频通路实现高频段信号的滤波和混频，将高波段信号变为中频信号。

中频处理电路实现中频信号的滤波、放大和增益补偿等。

采集处理电路实现信号的采集和数字化处理。

控制模块实现信号轨迹的处理、送显以及整机的控制等。

按照该种方案设计的宽频带信号分析仪器的最优灵敏度通常约为-150dBm（仪器分辨率带宽为1Hz），最大动态范围通常约为110dB。

为了改善仪器的灵敏度，可以在上述接收通路中增加开关放大器，原理如附图2所示。开关放大器有两种工作模式：放大模式和直通模式。当工作于放大模式时，由于通路中增加了低噪声前置放大器，接收通路的噪声系数明显降低，因此整机的灵敏度有显著改善，最优可超过-165dBm（仪器分辨率带宽为1Hz）；但是，此时整机测量幅度较大信号的能力就会下降，会产生压缩和失真，因此，动态范围指标受到影响。当工作于直通模式时，由于电子开关的存在，通常此时通路会引入3-7dB的插损，灵敏度指标和动态范围指标都会受到恶化。

另外，上述传统方案中，高低波段开关也会给通路带来约3-7dB的差损，对整机的灵敏度和动态范围也造成了一定的影响。

现有技术存在的不足包括：

1）目前宽带信号分析仪器普遍采用的接收通路方案不能同时保证高灵敏度和大动态范围指标的实现。

2）通路增加开关放大器后，不能根据被测信号幅度的大小自动选择通路模式，容易带来测试误差，比如存在大幅度信号时选择放大模式，则会带来压缩和失真；信号幅度较小时选择直通模式，会使信号淹没在噪声中。

发明内容

针对上述缺点，本发明的任务在于提供一种提高宽带信号分析仪器灵敏度和动态范围的装置，以及一种提高宽带信号分析仪器灵敏度和动态范围的方法。

其技术解决方案是：

一种提高宽带信号分析仪器灵敏度和动态范围的装置，包括：

程控步进衰减器，用于实现输入端口的阻抗匹配和对输入信号的幅度调整；

高低波段开关，用于实现高低频段信号的通路选择；

低波段混频通路，用于实现低频段信号的滤波和混频，将低波段信号变为中频信号；

高波段混频通路，用于实现高频段信号的滤波和混频，将高波段信号变为中频信号；

中频处理电路，用于实现中频信号的滤波、放大和增益补偿；

采集处理电路，用于实现信号的采集和数字化处理；

控制模块，用于实现信号轨迹的处理、送显以及整机的控制；

还包括：

宽带放大器，用于完成宽带信号的放大；

校准模块，用于提供校准信号，完成对高灵敏度通路和大动态范围通路的幅度校准，提高测量幅度的准确性和一致性；

同轴开关组件，用于完成高灵敏度通路和大动态范围通路的选择；

可变增益控制电路，用于完成通路信号的增益调整；

增益预检测电路，用于完成通路信号增益的检波和幅度检测。