[發明專利]一種基于取樣變頻技術的高精度頻率測量系統及方法

有效

• 申請號: 201710742024.8
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107576846B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 劉寶東;任水生;杜念文;白軼榮;李偉;劉強;丁建崠
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01R23/06
• 分類號: G01R23/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

技術領域

本發明涉及一種基于取樣變頻技術的高精度頻率測量系統及方法。

背景技術

當采用取樣變頻技術進行頻率測量時，需要由本振及其諧波信號同被測信號混頻來產生中頻信號，當本振掃描到有中頻信號落在中頻帶內之后，通過微調本振，使中頻信號再次落在中頻帶內，分別測量出微調前后的中頻頻率，根據微調前后的中頻頻率，即可得到被測信號的頻率值。同時中頻信號及其諧波也會再與本振及其諧波交疊混頻，從而在混頻器的輸出端夾雜著眾多不同頻率的交調信號。當交調信號的頻率落在中頻帶內且與中頻信號距離很近時，就會被當作中頻信號來處理，從而導致頻率測量結果錯誤。

影響頻率測量的交調信號分為兩類：

1)中頻信號的諧波與本振信號再次混頻產生的信號落在中頻帶內且與中頻信號距離很近時；

2)中頻的諧波正好落在中頻帶內。

以上兩種情況下交調信號會被當作真正的中頻信號處理，最終導致測量結果錯誤。因此，每次檢測到有信號落在中頻帶內時，都需要判斷當前檢測到的信號是否存在影響測量的交調信號，如果存在影響測量的交調信號則需要剔除出去，只有這樣才能保證測量結果正確。

另外，由于取樣器本身的非線性導致在某些本振點測到的中頻信號存在不穩定現象，只有排除不穩定的本振點、鎖定穩定的本振點才能進行穩定的頻率測量。

當信號的幅度較高時，還會出現信號的壓縮甚至變形，導致其諧波信號幅度與被測信號幅度均在比較器磁滯區間內，因此，還需要有效地識別諧波及被測信號，才能得到正確的測量結果。

圖1為常用的高頻信號測量框圖，包括：中頻測量部件，射頻計算部件，本振反算部件。處理步驟如下：中頻測量部件用于調諧本振LO_i(范圍LO₁…LO_n)測量出中頻頻率IF_i；射頻計算部件通過中頻頻率與本振、諧波次數的關系計算出射頻頻率RF_i；本振反算部件用于根據射頻頻率反算出理論上最優的本振LO_j，然后重新調用中頻測量部件測量出中頻頻率IF_j，最后再通過射頻計算部件計算出射頻信號RF_j。

現實情況下，由于交調信號的存在，本振掃描過程中檢測到的“中頻信號”未必是期望的中頻信號，而是交調信號。通過對取樣器的輸出信號進行頻譜分析可以發現，其中不僅有中頻信號f_IF(即被測信號f_IN和本振f_LO的N次諧波混頻后得到的信號)，還有交調信號f_IF’，其中包括中頻信號f_IF的M(M＝2，3……)次諧波產生的交調信號，以及中頻信號f_IF的M(M＝1，2，3……)次諧波與本振信號的N次諧波再次混頻所產生的交調信號。在被測信號功率較高且與中頻信號f_IF距離很近時，交調信號的影響較為明顯，雖然較中頻信號的幅度有所衰減，但有些交調信號落在中頻帶內時依然能夠被檢測出來。這種情況下，交調信號f_IF’就會被當成中頻信號f_IF，從而會導致測量錯誤，因此，為了保證頻率測量的準確性，必須將這些交調信號剔除出去。此外，由于取樣器本身的非線性導致在某些本振點測到的中頻信號存在不穩定情況，所以，必須鎖定穩定的本振點才能連續穩定的進行頻率測量。最后，當輸入信號幅度較大時，信號還會出現壓縮甚至變形，此時，還需要排除諧波信號才能正確的測量出被測信號。

發明內容

本發明針對通過取樣變頻技術進行高頻測量時出現的上述缺陷，提出了一種基于取樣變頻技術的高精度頻率測量系統及方法。通過中頻穩定性檢測、交調排除和射頻校驗等一系列方法，解決了通過取樣器將高頻信號變成較低頻率的中頻信號過程中存在的下列問題：

(1)交調信號的排除問題，在被測信號功率較高且與中頻信號距離很近時，交調信號的影響較為明顯，雖然較中頻信號的幅度有所衰減，但有些交調信號落在中頻帶內時依然能夠被檢測出來，這種情況下，交調信號就會被當成中頻信號從而會導致測量錯誤，因此，為了保證頻率測量的準確性，必須將這些交調信號剔除。

(2)信號的穩定性識別問題，由于取樣器本身的非線性導致在某些本振點測到的中頻信號存在不穩定現象，如何鎖定穩定的本振點進行測量是本發明解決的一個關鍵問題。

(3)當信號的幅度較高時，信號會出現壓縮甚至變形，導致其諧波信號幅度與被測信號幅度均在比較器磁滯區間內，如何排除諧波信號也是本發明所要解決的一個重要問題。