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CN118713690B - 一种提高接收机频谱纯度的装置及方法 - Google Patents

一种提高接收机频谱纯度的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高接收机频谱纯度的装置及方法，所述装置包括可调衰减器、预置低噪声放大器、预选器、第一混频器、第一放大器、第一滤波器、第二混频器、第二放大器、第二滤波器、模数转换器、数控振荡器、第一本振和第二本振；可调衰减器的输出端依次通过预置低噪声放大器、预选器、第一混频器、第一放大器、第一滤波器、第二混频器、第二放大器、第二滤波器、模数转换器与数控振荡器连接；第一本振的输出端与第一混频器的本振端口连接，第二本振的输出端与第二混频器的本振端口连接。本发明通过控制数控振荡器进行频率规避，有效减小本振信号的整数边界杂散或其他杂散分量，实现接收机频谱纯度的提高。

Description

一种提高接收机频谱纯度的装置及方法
技术领域
本发明涉及信号接收和分析，特别是涉及一种提高接收机频谱纯度的装置及方法。
背景技术
信号接收和分析技术在电子测量仪器、通信、电子对抗等领域应用广泛。信号分析仪是一种常用的电子测量仪器，接收信号用于信号分析和频谱测量。超外差接收机是信号分析仪常用的方案架构，如图1所示：射频输入信号通过多级的混频、放大和滤波得到中频信号，具有大动态、低接收灵敏度和频率选择性好等优点。多级混频需要多个本振信号，特别是第一本振信号频率范围宽，第一本振常采用锁相环方案，本振信号的整数边界杂散或其他杂散分量会导致中频通带范围内杂散的产生（整数边界杂散如图2所示，当压控振荡器的频率Fvco接近鉴相频率Fpd的（N+A/B）倍数时出现的杂散），该杂散因在通带内滤波器无法滤除，会导致频谱纯度差，影响信号分析仪的信号分析和频谱测试的准确性。
目前常用的技术主要有三种：
第一种是在锁相环内使用∑-△调制技术减小杂散；该方案通过分频器分频比的控制，扰乱控制序列的周期性，实现杂散的减小，但存在极限环现象，会恶化杂散。
第二种是变换锁相环的参考频率避开杂散，该方案通过增加变参考频率电路，提供多个参考频率，在整数边界杂散频率点使用无杂散的参考频率，但需要增加变参考频率电路，成本增加，多个参考频率的公倍数处无法处理；
第三种是在射频链路的混频器使用杂散对消技术，该方案通过在混频器增加耦合检波电路和调制电路，产生等幅反相的杂散对消信号，实现杂散的减小，但需要增加耦合检波电路和调制电路，成本增加，只能消除输入无关杂散。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高接收机频谱纯度的装置及方法，通过控制数控振荡器进行频率规避，有效减小本振信号的整数边界杂散或其他杂散分量，实现接收机频谱纯度的提高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提高接收机频谱纯度的装置，包括可调衰减器、预置低噪声放大器、预选器、第一混频器、第一放大器、第一滤波器、第二混频器、第二放大器、第二滤波器、模数转换器、数控振荡器、第一本振和第二本振；
所述可调衰减器的输入端接收射频输入信号，可调衰减器的输出端依次通过预置低噪声放大器、预选器、第一混频器、第一放大器、第一滤波器、第二混频器、第二放大器连接到第二滤波器，所述第二滤波器的输出端与模数转换器连接，模数转换器的输出端与数控振荡器连接，由数控振荡器输出基带信号；
所述第一本振的输出端与第一混频器的本振端口连接，第二本振的输出端与第二混频器的本振端口连接。
一种提高接收机的频谱纯度的方法。首先根据调谐方程计算第一本振频率LO1和第一锁相环的VCO频率Fvco：
LO1=|RF±IF1|
Fvco=|RF±IF1|/M
其中，VCO是指压控振荡器；M为第一本振的VCO倍频系数；
然后根据计算所得的VCO频率Fvco判断：如果满足|Fvco-（N+A/B）*Fpd|≤△f（N、A、B取整数，且A＜B，A/B为有理数），则执行整数边界杂散规避，按照相应的频率偏移量△f配置第一本振信号频率和数控振荡器的频率控制字；如果无信号输入，某一杂散满足|M*F杂散±N* LO1|=IF1，则执行剩余相应杂散规避，按照相应的频率偏移量△f1配置第一本振信号频率和数控振荡器的频率控制字；如果都不满足，则按Fvco配置第一本振信号频率，不需要偏移频率配置数控振荡器频率控制字。
本发明的有益效果是：
1.不用增加杂散抑制电路，节约成本。
2.选取合适的频点，杂散幅度很低或无杂散，有效提高接收机系统的频谱纯度。
3.对高性能的接收机，支持第二本振使用点频源，简化射频电路架构设计。
4.方法简单易实现，具有灵活性。
附图说明
图 1超外差接收架构原理示意框图；
图 2整数边界杂散示意图；
图 3提高接收机的频谱纯度的原理框图；
图 4杂散规避流程图；
图5为第一本振原理示意图；
图6为第二本振原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图3所示，一种提高接收机频谱纯度的装置，包括可调衰减器1、预置低噪声放大器2、预选器3、第一混频器4、第一放大器5、第一滤波器6、第二混频器7、第二放大器8、第二滤波器9、模数转换器10、数控振荡器11、第一本振12和第二本振13；
所述可调衰减器1的输入端接收射频输入信号，可调衰减器1的输出端依次通过预置低噪声放大器2、预选器3、第一混频器4、第一放大器5、第一滤波器6、第二混频器7、第二放大器8连接到第二滤波器9，所述第二滤波器9的输出端与模数转换器10连接，模数转换器的输出端与数控振荡器11连接，由数控振荡器输出基带信号；
所述第一本振12的输出端与第一混频器4的本振端口连接，第二本振13的输出端与第二混频器7的本振端口连接。
其中，可调衰减器1主要作用是控制射频输入信号的幅度大小。
预置低噪声放大器2主要作用是放大提升噪底的。
预选器3选用钇铁石榴石可调谐滤波器YTF，主要作用是选通输入信号，抑制镜频干扰和多重响应。
第一混频器4和第二混频器7主要作用是实现频率变换，将射频频率变换到中频频率。
第一放大器5和第二放大器8主要作用是放大中频信号，提供合适通道增益。
第一滤波器6和第二滤波器9主要作用是滤除中频信号带宽外的杂散信号。
模数转换器10主要作用是将模拟中频信号转换为数字中频信号。
数控振荡器11主要作用是将数字中频信号下变频到基带进行数字信号处理。
如图5~6所示，在本申请的实施例中，所述第一本振（12）包括参考晶振（101）、分频器（102）、鉴相器（103）、环路滤波器（104）、压控振荡器（105）和分频器（106）；参考晶振（101）连接分频器（102）作为鉴相器（103）的鉴相输入，鉴相器（103）输出连接环路滤波器（104）和压控振荡器（105），压控振荡器（105）一路输出作为第一本振信号，一路输出经过分频器（106）作为鉴相器（103）的压控振荡器输入与鉴相输入进行鉴相。
所述第二本振（13）包括参考晶振（201）、倍频器（202）、放大器（203）和滤波器（204）；参考晶振（201）依次连接倍频器（202）、放大器（203）、滤波器（204）得到第二本振信号。
如图4所示，一种提高接收机频谱纯度的方法，包括以下步骤：
步骤101：根据射频信号RF和调谐方程LO1=|RF±IF1|，计算得到第一本振信号LO1，再根据第一本振倍频系数M，计算VCO的频率Fvco=|RF±IF1|/M；
其中VCO（Voltage controlled oscillator）是指压控振荡器，IF1表示第一中频信号，即由射频输入信号与第一本振（12）信号在第一混频器（4）产生的中频信号；
步骤102：判断Fvco是否满足条件：|Fvco-（N+A/B）*Fpd|=K≤△f，设（N+A/B）*Fpd=F，N、A、B取整数，且A＜B，A/B为有理数，Fpd表示参考晶振经分频器分频后输出的鉴相频率，F为鉴相频率Fpd的（N+A/B）倍数，是指整数边界频率；△f是根据杂散指标要求预先确定的参数，含义为杂散规避阈值；
如果满足条件，则执行步骤103进行频率变换实现杂散规避；如果不满足条件，执行步骤104；
步骤103：Fvco执行下面的频率变换得到Fvco1，完成杂散规避：
当F-△f≤Fvco≤F-△f/2时，Fvco1取F-△f；
当F-△f/2＜Fvco≤F, Fvco1取F；
当F＜Fvco＜F+△f/2时，Fvco1取F；
当F+△f/2≤Fvco≤F+△f时，Fvco1取F+△f；
数控振荡器NCO的频率调谐字FTW：FTW=round（2^N*(FNCO/FCLK)）执行下面变换得到FTW1；round是指四舍五入的函数计算，FNCO是指数控振荡器NCO的频率，FCLK是指数控振荡器NCO的参考时钟频率；
Fvco1取F-△f, FTW1=round(2^N*((FNCO+|Fvco-Fvco1|）/FCLK)）；
Fvco1取F，当F-△f/2＜Fvco≤F，FTW1=round（2^N*((FNCO-|Fvco–F|)/FCLK)）；
Fvco1取F，当F＜Fvco＜F+△f/2，FTW1=round（2^N*((FNCO+|Fvco–F|)/FCLK)）；
Fvco1取F+△f，FTW1=round(2^N*((FNCO-|Fvco- Fvco1|）/FCLK)）；
NCO配置FTW1，将第一本振规避杂散产生的频率偏移量|Fvco-Fvco1|，通过NCO反向频率偏移量补偿回来，实现杂散规避完成后执行步骤107；
步骤104：判断是否存在无信号输入时的有频点存在杂散满足|M*F杂散±N* LO1|=IF1，如果满足执行步骤105，不满足则执行步骤106；F杂散是指与第一本振信号混频产生的中频频率IF1的杂散频率，LO1是指第一本振信号的频率；
步骤105：按照△f1，Fvco执行频率变换得到Fvco1：Fvco1取F-△f1；其中，△f1是根据杂散指标要求预先确定的参数，指压控振荡器的频率偏移量；数控振荡器NCO的频率调谐字FTW，进行相应的变化得到FTW1=round(2^N*((FNCO+△f1）/FCLK)），杂散规避完成后执行步骤107；
步骤106：不需要进行杂散规避按照Fvco配置第一本振频率和默认的数控振荡器控制字，配置完成后执行步骤107；
步骤107：结束。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，不能以此来限定本发明之权利范围。除非另外提及，否则所述元件或特征可被视为选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。本发明的实施方式中所描述的操作顺序可重新排列。任一实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造代替。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种提高接收机频谱纯度的装置，其特征在于：包括可调衰减器（1）、预置低噪声放大器（2）、预选器（3）、第一混频器（4）、第一放大器（5）、第一滤波器（6）、第二混频器（7）、第二放大器（8）、第二滤波器（9）、模数转换器（10）、数控振荡器（11）、第一本振（12）和第二本振（13）；
所述可调衰减器（1）的输入端接收射频输入信号，可调衰减器（1）的输出端依次通过预置低噪声放大器（2）、预选器（3）、第一混频器（4）、第一放大器（5）、第一滤波器（6）、第二混频器（7）、第二放大器（8）连接到第二滤波器（9），所述第二滤波器（9）的输出端与模数转换器（10）连接，模数转换器的输出端与数控振荡器（11）连接，由数控振荡器输出基带信号；
所述第一本振（12）的输出端与第一混频器（4）的本振端口连接，第二本振（13）的输出端与第二混频器（7）的本振端口连接；
提高接收机频谱纯度的原理包括：
根据射频信号RF和调谐方程LO1=|RF±IF1|，计算得到第一本振信号LO1，再根据第一本振倍频系数M，计算VCO的频率Fvco=|RF±IF1|/M；其中VCO是指压控振荡器；
IF1表示第一中频信号，即由射频输入信号与第一本振（12）信号在第一混频器（4）产生的中频信号；
判断Fvco是否满足条件：|Fvco-（N+A/B）*Fpd|=K≤△f，设（N+A/B）*Fpd=F，N、A、B取整数，且A＜B，A/B为有理数，Fpd表示参考晶振经分频器分频后输出的鉴相频率，F为鉴相频率Fpd的（N+A/B）倍数，是指整数边界频率；△f是根据杂散指标要求预先确定的参数，含义为杂散规避阈值；
如果满足条件， Fvco执行下面的频率变换得到Fvco1，完成杂散规避：
当F-△f≤Fvco≤F-△f/2时，Fvco1取F-△f；
当F-△f/2＜Fvco≤F, Fvco1取F；
当F＜Fvco＜F+△f/2时，Fvco1取F；
当F+△f/2≤Fvco≤F+△f时，Fvco1取F+△f；
数控振荡器NCO的频率调谐字FTW：FTW=round（2^N*(FNCO/FCLK)）执行下面变换得到FTW1；round是指四舍五入的函数计算，FNCO是指数控振荡器NCO的频率，FCLK是指数控振荡器NCO的参考时钟频率；
Fvco1取F-△f, FTW1=round(2^N*((FNCO+|Fvco-Fvco1|）/FCLK)）；
Fvco1取F，当F-△f/2＜Fvco≤F，FTW1=round（2^N*((FNCO-|Fvco–F|)/FCLK)）；
Fvco1取F，当F＜Fvco＜F+△f/2，FTW1=round（2^N*((FNCO+|Fvco–F|)/FCLK)）；
Fvco1取F+△f，FTW1=round(2^N*((FNCO-|Fvco- Fvco1|）/FCLK)）；
如果不满足条件，则判断是否存在无信号输入时的有频点存在杂散满足|M*F杂散±N*LO1|=IF1，F杂散是指与第一本振信号混频产生的中频频率IF1的杂散频率，LO1是指第一本振信号的频率；
若是，按照△f1，Fvco执行频率变换得到Fvco1：Fvco1取F-△f1；其中，△f1是指压控振荡器的频率偏移量，数控振荡器NCO的频率调谐字FTW，进行相应的变化得到FTW1=round(2^N*((FNCO+△f1）/FCLK)），杂散规避完成；
若否，则不需要进行杂散规避，按照Fvco配置第一本振频率和默认的数控振荡器控制字。
2.根据权利要求1所述的一种提高接收机频谱纯度的装置，其特征在于：所述第一本振（12）包括参考晶振（101）、分频器（102）、鉴相器（103）、环路滤波器（104）、压控振荡器（105）和分频器（106）；参考晶振（101）连接分频器（102）作为鉴相器（103）的鉴相输入，鉴相器（103）输出连接环路滤波器（104）和压控振荡器（105），压控振荡器（105）一路输出作为第一本振信号，一路输出经过分频器（106）作为鉴相器（103）的压控振荡器输入与鉴相输入进行鉴相。
3.根据权利要求1所述的一种提高接收机频谱纯度的装置，其特征在于：所述第二本振（13）包括参考晶振（201）、倍频器（202）、放大器（203）和滤波器（204）；参考晶振（201）依次连接倍频器（202）、放大器（203）、滤波器（204）得到第二本振信号。
4.一种提高接收机频谱纯度的方法，基于权利要求1~3中任意一项所述的装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤101：根据射频信号RF和调谐方程LO1=|RF±IF1|，计算得到第一本振信号LO1，再根据第一本振倍频系数M，计算VCO的频率Fvco=|RF±IF1|/M；其中VCO是指压控振荡器；
IF1表示第一中频信号，即由射频输入信号与第一本振（12）信号在第一混频器（4）产生的中频信号；
步骤102：判断Fvco是否满足条件：|Fvco-（N+A/B）*Fpd|=K≤△f，设（N+A/B）*Fpd=F，N、A、B取整数，且A＜B，A/B为有理数，Fpd表示参考晶振经分频器分频后输出的鉴相频率，F为鉴相频率Fpd的（N+A/B）倍数，是指整数边界频率；△f是根据杂散指标要求预先确定的参数，含义为杂散规避阈值；
如果满足条件，则执行步骤103进行频率变换实现杂散规避；如果不满足条件，执行步骤104；
步骤103：Fvco执行下面的频率变换得到Fvco1，完成杂散规避：
当F-△f≤Fvco≤F-△f/2时，Fvco1取F-△f；
当F-△f/2＜Fvco≤F, Fvco1取F；
当F＜Fvco＜F+△f/2时，Fvco1取F；
当F+△f/2≤Fvco≤F+△f时，Fvco1取F+△f；
数控振荡器NCO的频率调谐字FTW：FTW=round（2^N*(FNCO/FCLK)）执行下面变换得到FTW1；round是指四舍五入的函数计算，FNCO是指数控振荡器NCO的频率，FCLK是指数控振荡器NCO的参考时钟频率；
Fvco1取F-△f, FTW1=round(2^N*((FNCO+|Fvco-Fvco1|）/FCLK)）；
Fvco1取F，当F-△f/2＜Fvco≤F，FTW1=round（2^N*((FNCO-|Fvco–F|)/FCLK)）；
Fvco1取F，当F＜Fvco＜F+△f/2，FTW1=round（2^N*((FNCO+|Fvco–F|)/FCLK)）；
Fvco1取F+△f，FTW1=round(2^N*((FNCO-|Fvco- Fvco1|）/FCLK)）；
杂散规避完成后执行步骤107；
步骤104：判断是否存在无信号输入时的有频点存在杂散满足|M*F杂散±N* LO1|=IF1，如果满足执行步骤105，不满足则执行步骤106；F杂散是指与第一本振信号混频产生的中频频率IF1的杂散频率，LO1是指第一本振信号的频率；
步骤105：按照△f1，Fvco执行频率变换得到Fvco1：Fvco1取F-△f1；其中，△f1是指压控振荡器的频率偏移量，数控振荡器NCO的频率调谐字FTW，进行相应的变化得到FTW1=round(2^N*((FNCO+△f1）/FCLK)），杂散规避完成后执行步骤107；
步骤106：不需要进行杂散规避，按照Fvco配置第一本振频率和默认的数控振荡器控制字，配置完成后执行步骤107；
步骤107：结束。
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