[发明专利]一种基于取样变频技术的高精度频率测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于取样变频技术的高精度频率测量系统及方法。

背景技术

当采用取样变频技术进行频率测量时，需要由本振及其谐波信号同被测信号混频来产生中频信号，当本振扫描到有中频信号落在中频带内之后，通过微调本振，使中频信号再次落在中频带内，分别测量出微调前后的中频频率，根据微调前后的中频频率，即可得到被测信号的频率值。同时中频信号及其谐波也会再与本振及其谐波交叠混频，从而在混频器的输出端夹杂着众多不同频率的交调信号。当交调信号的频率落在中频带内且与中频信号距离很近时，就会被当作中频信号来处理，从而导致频率测量结果错误。

影响频率测量的交调信号分为两类：

1)中频信号的谐波与本振信号再次混频产生的信号落在中频带内且与中频信号距离很近时；

2)中频的谐波正好落在中频带内。

以上两种情况下交调信号会被当作真正的中频信号处理，最终导致测量结果错误。因此，每次检测到有信号落在中频带内时，都需要判断当前检测到的信号是否存在影响测量的交调信号，如果存在影响测量的交调信号则需要剔除出去，只有这样才能保证测量结果正确。

另外，由于取样器本身的非线性导致在某些本振点测到的中频信号存在不稳定现象，只有排除不稳定的本振点、锁定稳定的本振点才能进行稳定的频率测量。

当信号的幅度较高时，还会出现信号的压缩甚至变形，导致其谐波信号幅度与被测信号幅度均在比较器磁滞区间内，因此，还需要有效地识别谐波及被测信号，才能得到正确的测量结果。

图1为常用的高频信号测量框图，包括：中频测量部件，射频计算部件，本振反算部件。处理步骤如下：中频测量部件用于调谐本振LO_i(范围LO₁…LO_n)测量出中频频率IF_i；射频计算部件通过中频频率与本振、谐波次数的关系计算出射频频率RF_i；本振反算部件用于根据射频频率反算出理论上最优的本振LO_j，然后重新调用中频测量部件测量出中频频率IF_j，最后再通过射频计算部件计算出射频信号RF_j。

现实情况下，由于交调信号的存在，本振扫描过程中检测到的“中频信号”未必是期望的中频信号，而是交调信号。通过对取样器的输出信号进行频谱分析可以发现，其中不仅有中频信号f_IF(即被测信号f_IN和本振f_LO的N次谐波混频后得到的信号)，还有交调信号f_IF’，其中包括中频信号f_IF的M(M＝2，3……)次谐波产生的交调信号，以及中频信号f_IF的M(M＝1，2，3……)次谐波与本振信号的N次谐波再次混频所产生的交调信号。在被测信号功率较高且与中频信号f_IF距离很近时，交调信号的影响较为明显，虽然较中频信号的幅度有所衰减，但有些交调信号落在中频带内时依然能够被检测出来。这种情况下，交调信号f_IF’就会被当成中频信号f_IF，从而会导致测量错误，因此，为了保证频率测量的准确性，必须将这些交调信号剔除出去。此外，由于取样器本身的非线性导致在某些本振点测到的中频信号存在不稳定情况，所以，必须锁定稳定的本振点才能连续稳定的进行频率测量。最后，当输入信号幅度较大时，信号还会出现压缩甚至变形，此时，还需要排除谐波信号才能正确的测量出被测信号。

发明内容

本发明针对通过取样变频技术进行高频测量时出现的上述缺陷，提出了一种基于取样变频技术的高精度频率测量系统及方法。通过中频稳定性检测、交调排除和射频校验等一系列方法，解决了通过取样器将高频信号变成较低频率的中频信号过程中存在的下列问题：

(1)交调信号的排除问题，在被测信号功率较高且与中频信号距离很近时，交调信号的影响较为明显，虽然较中频信号的幅度有所衰减，但有些交调信号落在中频带内时依然能够被检测出来，这种情况下，交调信号就会被当成中频信号从而会导致测量错误，因此，为了保证频率测量的准确性，必须将这些交调信号剔除。

(2)信号的稳定性识别问题，由于取样器本身的非线性导致在某些本振点测到的中频信号存在不稳定现象，如何锁定稳定的本振点进行测量是本发明解决的一个关键问题。

(3)当信号的幅度较高时，信号会出现压缩甚至变形，导致其谐波信号幅度与被测信号幅度均在比较器磁滞区间内，如何排除谐波信号也是本发明所要解决的一个重要问题。