[发明专利]全数字中频频谱分析仪及频谱分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种频谱分析仪，具体地说是一种全数字中频频谱分析仪及频谱分析方法。

背景技术

频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用于测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。频谱分析仪按对信号的分析处理方式可分为模拟式频谱分析仪和数字式频谱分析仪。

模拟式频谱分析仪采用滤波器或混频器将被分析信号中各频率分量逐一分离，再配合后续的检波得到信号的频谱。中频电路全部采用模拟器件，因而精度低、一致性差、体积大；且其性能随温度变化，受环境影响较大，当温度、湿度变化时，整机的性能下降严重，难以满足进一步减小体积和功耗的要求。

数字式频谱分析仪采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)的方法来完成信号的频谱分析。数字式频谱分析仪相比模拟式频谱分析仪来说，具有分析速度快、分析精度高的优点；而且，数字式频谱分析仪还可以通过DSP算法来扩展频谱分析仪的功能，因此，越来越多的频谱分析仪都采用数字式的实现方式。

现有的数字式频谱分析仪使用较多的是全数字实时快速傅氏变换(Fast Fourier Transformation，FFT)频谱分析仪。全数字实时FFT频谱分析仪首先通过ADC(模数转换器)对整个频段的模拟信号进行采样，之后进行FFT运算，得到被测信号的频域信息。这种频谱分析仪有两种实现方式，第一种实现方式是把高频信号经过混频搬移到低频，然后经过高速模数转换，对一小段频谱进行FFT运算，得到一段频谱；通过多次频谱搬移和FFT运算，可以得到整个频段内的频谱信息。第二种实现方式是直接对射频信号进行采样，实时进行FFT运算，得到整个频段内的频谱信息。这两种实现方式都需要高速的ADC和运算能力超强的DSP处理器，因此成本较高。而且，如果要实现比较窄的分析带宽(Resolution Band Width，RBW)(例如1Hz)，需要非常大的存储空间，实现起来难度较大。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种全数字中频频谱分析仪，以解决现有的全数字实时FFT频谱分析仪成本高以及实现窄分析带宽难度大的问题。

本发明的目的之二就是提供一种全数字中频频谱分析方法，以较低的成本实现对中频信号的频谱分析，且能比较容易实现窄分析带宽。

本发明的目的之一是这样实现的：一种全数字中频频谱分析仪，包括：

模数转换器，与正交数字下变频器相接，用于对模拟中频信号进行采样并进行模数转换以得到数字中频信号；

正交数字下变频器，分别与所述模数转换器和中频带宽滤波器相接，用于产生两路正交信号，并将所产生的两路正交信号与所述数字中频信号混频，以得到零中频的宽带复基带信号s；其中，s＝sr+j*si；

中频带宽滤波器，分别与所述正交数字下变频器和鉴幅鉴相器相接，用于对所述宽带复基带信号s进行滤波，以得到窄带复基带信号s′；其中，s′＝sr′+j*si′；

鉴幅鉴相器，分别与所述中频带宽滤波器、视频滤波器和频率计数器相接，用于对所述窄带复基带信号s′进行振幅和相角的运算，以得出基带包络信号和复基带相位信号；

频率计数器，分别与所述鉴幅鉴相器和控制及显示模块相接，用于对所述复基带相位信号进行计数运算，以得出宽带复基带信号s的频率值；

视频滤波器，分别与所述鉴幅鉴相器和采样率提升模块相接，用于对所述基带包络信号进行滤波处理，以得到滤波后基带包络信号；

采样率提升模块，分别与所述视频滤波器和检波器相接，用于将所述滤波后基带包络信号的采样率进行提升，以得到高采样率基带包络信号；

检波器，分别与所述采样率提升模块和快速扫描补偿模块相接，用于对所述高采样率基带包络信号进行检波，以得到检波后基带包络信号；

快速扫描补偿模块，分别与所述检波器和控制及显示模块相接，用于对所述检波后基带包络信号进行补偿，以得到补偿后基带包络信号；以及

控制及显示模块，分别与所述频率计数器和所述快速扫描补偿模块相接，用于接收所述宽带复基带信号s的频率值和所述补偿后基带包络信号并进行显示。

所述中频带宽滤波器包括：

第一CIC抽取滤波器，其输出端与第二CIC抽取滤波器的输入端相接，用于实现3～1000倍的抽取速率；