一種基于數(shù)字零中頻的掃頻儀制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于儀器儀表測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)字零中頻的掃頻儀。本發(fā)明專利技術(shù)中掃頻源有三路輸出，第一路與待測網(wǎng)絡(luò)一端相連，第二路分別與兩個模擬乘法器相連，第三路只與第二模擬乘法器相連，待測網(wǎng)絡(luò)另一端與第一模擬乘法器相連；兩路模擬乘法器輸出端口分別與兩個模擬濾波器輸入端口相連；兩路模擬濾波器輸出端口分別與兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入端口相連，兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端口連接到數(shù)字信號處理模塊的不同端口；數(shù)字信號處理模塊實現(xiàn)對兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出信號的數(shù)字零中頻正交化、相位差和幅度比值的運算，并將結(jié)果輸出。本發(fā)明專利技術(shù)降低了模擬掃頻源的設(shè)計難度和數(shù)字器件的量化誤差帶來的影響，簡化了軟件計算難度，提高了測量精度。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于儀器儀表測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)字零中頻的掃頻儀。
技術(shù)介紹
頻率特性測試儀也稱掃頻儀，用于測試網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性和相頻特性，在現(xiàn)在電子測量領(lǐng)域占有重要的位置。其最核心的頻率特性測量原理至今仍然是行業(yè)內(nèi)研究的重點。目前，高端的頻率特性測試儀存在價格昂貴，體積龐大，操作復雜，維修困難等缺點，因此高性能，低成本的頻率特性測試儀更容易受到市場的廣泛接受。隨著現(xiàn)代電子測量技術(shù)的發(fā)展，各種類型的頻率特性測量原理也應(yīng)運而生。從早期的二極管檢波和一階線性插值相位檢測原理到如今基于數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字正交變換和離散傅里葉變換原理，頻率特性測量原理雖有一定程度的發(fā)展，但始終不能在成本和性能兩方面取得良好的折衷，無法滿足市場對中低頻段頻率特性測試儀的需求。傳統(tǒng)的零中頻正交解調(diào)技術(shù)多利用模擬掃頻源產(chǎn)生正交的兩路信號，將通過雙端口網(wǎng)絡(luò)的信號與正交的本振源混頻后濾出直流信號，經(jīng)AD采集進行信號處理。這種方法存在的問題在于模擬電路產(chǎn)生的本振正交性難以保證，而且，有源器件帶來的偏置電壓和噪聲會給濾波后的直流信號帶來很大誤差，增加了信號處理的難度。基于此，本文提出了一種基于數(shù)字零中頻的雙端口網(wǎng)絡(luò)頻率特性測試方法，具有良好的使用價值。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述存在問題或不足，為避免產(chǎn)生正交本振源，降低偏置電壓和噪聲對系統(tǒng)的影響，本專利技術(shù)提供了一種基于數(shù)字零中頻的掃頻儀。該基于數(shù)字零中頻的掃頻儀，包括掃頻源、模擬乘法器、模擬低通濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字信號處理模塊。掃頻源有三路輸出，第一路與待測網(wǎng)絡(luò)一端相連，第二路分別與兩個模擬乘法器相連，第三路只與第二模擬乘法器相連，待測網(wǎng)絡(luò)另一端與第一模擬乘法器相連；兩路模擬乘法器輸出端口分別與兩個模擬濾波器輸入端口相連；兩路模擬濾波器輸出端口分別與兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入端口相連，兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端口連接到數(shù)字信號處理模塊的不同端口；所述數(shù)字信號處理模塊包括數(shù)控振蕩器NCO、數(shù)字乘法器、數(shù)字低通濾波器、求模運算模塊和反正切運算模塊；數(shù)字信號處理模塊實現(xiàn)對兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出信號的數(shù)字零中頻正交化、相位差和幅度比值的運算，并將結(jié)果輸出。其工作流程具體如下：首先，掃頻源產(chǎn)生兩路掃頻信號，一路信號作為待測雙端口網(wǎng)絡(luò)的激勵信號，另外一路信號為始終比激勵信號頻率高1KHz的激勵參考信號；然后，激勵參考信號分別與激勵信號和通過待測網(wǎng)絡(luò)后的信號即待測信號相乘，再分別通過模擬低通濾波器濾出差頻分量，留下1KHz的低頻信號；1KHz的兩路低頻信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC采樣后，將數(shù)字信號送入FPGA數(shù)字信號處理器；最后，經(jīng)采樣后的兩路信號分別與數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的1KHz正交信號相乘，對于每一路相乘的結(jié)果都通過數(shù)字低通濾波器，濾出差頻分量；將數(shù)字濾波器的輸出結(jié)果送入平方根運算模塊分別算出每一路信號的幅度值，將第一路的幅度值與第二路的幅度值相除，就得到通過待測網(wǎng)絡(luò)后的信號幅度增益；將數(shù)字濾波器的輸出結(jié)果送入基于CIRDIC算法的測相模塊分別算出每一路信號的相位值，將第二路的相位值與第一路的相位值相減，就得到待測信號與激勵信號的相位差。綜上所述，本專利技術(shù)有效的降低了模擬掃頻源的設(shè)計難度，降低了數(shù)字器件的量化誤差帶來的影響，簡化了軟件計算難度，提高了測量精度。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施系統(tǒng)實現(xiàn)框圖；圖2為數(shù)字零中頻正交結(jié)構(gòu)框圖；圖3為CORDIC算法的實現(xiàn)框圖；圖4為求模運算實現(xiàn)框圖。具體實施方式下面結(jié)合實施例和附圖對本專利技術(shù)作進一步的說明。本專利技術(shù)的系統(tǒng)框圖如圖1所示，包括掃頻源、模擬乘法器、模擬低通濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字信號處理模塊，圖中的待測網(wǎng)絡(luò)為任一待測雙端口網(wǎng)絡(luò)。設(shè)掃頻源產(chǎn)生的激勵信號s(t)和激勵參考信號sLO(t)在時刻t的輸出分別為其中，對激勵信號的幅度作了歸一化，ω為激勵信號的角頻率，為激勵信號的初始相位，ALO為激勵參考信號度，Δω為2πf(f≈1KHz)，為激勵參考信號的初始相位。激勵信號通過待測網(wǎng)絡(luò)后的輸出s′(t)為其中，為待測信號的初始相位，A為激勵信號通過雙端口網(wǎng)絡(luò)后的幅度。為了降低采樣率，激勵信號和待測信號分別經(jīng)模擬下變頻到低中頻，參考激勵信號分別與激勵信號和待測信號相乘后得s1(t)和s1′(t)，其表達式分別為經(jīng)模擬低通濾波器，濾出差頻分量后的輸出分別命名為低頻待測信號s2(t)和低頻參考信號s2′(t)，其表達式為將低頻信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)采樣后送入FPGA進行數(shù)字零中頻信號處理，數(shù)字零中頻正交結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中NCO產(chǎn)生正交的兩路信號sNI(t)和sNQ(t)分別為其中，A0為NCO產(chǎn)生信號的幅度，為其初始相位。采樣后的低頻待測信號與NCO產(chǎn)生的正交信號相乘，并通過數(shù)字低通濾波器濾出差頻分量，得到正交的兩路信號I1(t)和Q1(t)。采樣后的低頻參考信號與NCO產(chǎn)生的正交信號相乘，并通過數(shù)字低通濾波器濾出差頻分量，得到正交的兩路信號I2(t)和Q2(t)，其表達式分別為將得到兩路I、Q分別送入基于CORDIC算法的反正切測相模塊，CORDIC算法的實現(xiàn)框圖如圖3所示，得到兩路信號的相位值θ1和θ2，即則，待測信號與激勵信號的相位差即為由此，便求出了雙端口網(wǎng)絡(luò)的相頻特性。將得到兩路I、Q分別送入求模運算模塊，求模運算模塊的實現(xiàn)框圖如圖4所示，得到兩路信號的幅度A1和A2，即A1=I12+Q12=AA0ALO4---(17)]]>A2=I22+Q22=A0ALO4---(18)]]>則，待測信號與激勵信號的幅度之比A即為A=I12+Q12I22+Q22---(19)]]>由此，便求出了雙端口網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于數(shù)字零中頻的掃頻儀，包括掃頻源、模擬乘法器、模擬低通濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC和數(shù)字信號處理模塊，其特征在于：掃頻源有三路輸出，第一路與待測網(wǎng)絡(luò)一端相連，第二路分別與兩個模擬乘法器相連，第三路只與第二模擬乘法器相連，待測網(wǎng)絡(luò)另一端與第一模擬乘法器相連；兩路模擬乘法器輸出端口分別與兩個模擬濾波器輸入端口相連；兩路模擬濾波器輸出端口分別與兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入端口相連，兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端口連接到數(shù)字信號處理模塊的不同端口；所述數(shù)字信號處理模塊包括數(shù)控振蕩器NCO、數(shù)字乘法器、數(shù)字低通濾波器、求模運算模塊和反正切運算模塊；數(shù)字信號處理模塊實現(xiàn)對兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出信號的數(shù)字零中頻正交化、相位差和幅度比值的運算，并將結(jié)果輸出。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于數(shù)字零中頻的掃頻儀，包括掃頻源、模擬乘法器、模擬低通濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC和數(shù)字信號處理模塊，其特征在于：掃頻源有三路輸出，第一路與待測網(wǎng)絡(luò)一端相連，第二路分別與兩個模擬乘法器相連，第三路只與第二模擬乘法器相連，待測網(wǎng)絡(luò)另一端與第一模擬乘法器相連；兩路模擬乘法器輸出端口分別與兩個模擬濾波器輸入端口相連；兩路模擬濾波器輸出端口分別與兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入端口相連，兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端口連接到數(shù)字信號處理模塊的不同端口；所述數(shù)字信號處理模塊包括數(shù)控振蕩器NCO、數(shù)字乘法器、數(shù)字低通濾波器、求模運算模塊和反正切運算模塊；數(shù)字信號處理模塊實現(xiàn)對兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出信號的數(shù)字零中頻正交化、相位差和幅度比值的運算，并將結(jié)果輸出。2.一種基于數(shù)字零中頻的掃頻儀，其特征在于：所述數(shù)字信號處理器為FPGA。3.如權(quán)利要求1所述基于數(shù)字零中頻的掃頻儀，其工作流程如...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李朝海，張江波，朱虎，馬越，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51