[發明專利]一種頻譜儀采用數字信號處理實現RBW和VBW的方法

在審

• 申請號: 202210344664.4
• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114966200A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 鄧桂福;劉暢;金曙晨
• 申請（專利權）人: 成都威頻科技有限公司
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G01R23/167;G01R23/20
• 代理公司: 成都誠中致達專利代理有限公司 51280
• 代理人: 曹宇杰

一種頻譜儀采用數字信號處理實現RBW和VBW的方法，包括步驟：步驟1，對中頻信號進行數字化；步驟2，對中頻信號進行變頻，得到混頻信號。步驟3，通過濾波，得到兩路正交的原始采樣率的零中頻信號；步驟4，對兩路原始采樣率的零中頻信號分別進行抽取和濾波；步驟5，對抽取和濾波后的兩路原始采樣率的零中頻信號進行原型濾波，得到同相路信號I和正交路信號Q；步驟6，對同相路信號I和正交路信號Q進行求模運算，并得到視頻信號；步驟7，對視頻信號進行濾波處理。RBW和VBW的實現全部在一片FPGA中即可完成，同時整個處理過程是數據流式的工作方式，無需將數據進行緩存，該設計簡化了系統復雜度，同時降低了設計成本、體積和功耗，具有較強的實用性。

技術領域

本發明涉及頻譜儀數字信號處理領域，尤其涉及一種頻譜儀采用數字信號處理實現RBW和VBW的方法。

背景技術

分辨率帶寬（RBW）和視頻帶寬（VBW）是頻譜儀的兩個重要指標，RBW決定了頻譜儀分辨兩個緊鄰信號的能力，VBW決定了頻譜儀抑制視頻信號噪聲的能力。而傳統頻譜儀RBW和VBW是靠模擬濾波器以及包絡檢波器來實現的。模擬濾波器電路復雜、受溫漂和器件老化影響，指標穩定性較差。同時器件一致性也影響了RBW和VBW指標的一致性，往往需要復雜的調試才能保證指標。另外最重要的缺點是模擬濾波器難以實現窄帶的RBW和VBW。因此后來發展出了模擬/數字混合處理方式，采用模擬濾波器實現寬帶濾波，采用數字濾波器實現窄帶濾波。但是由于依然保留了模擬濾波器方式，模擬濾波器的固有缺陷依然存在。

再到后來，發展出了全數字實現的RBW和VBW濾波器。數字濾波器設計更加簡單、靈活以及具有良好的溫度穩定性，沒有老化現象，無需調整，能實現較高精度的帶寬。但是傳統數字濾波器，信號必須經過快速傅里葉變換（FFT），而且整個頻譜儀工作于固定調諧模式，即頻譜儀的本振不是連續掃頻，而是以一定的頻率步進進行跳頻，降低了頻率掃描速度。而且FFT占用大量的FPGA資源，數字濾波器實現較為復雜。

發明內容

本發明提供了一種頻譜儀采用數字信號處理實現RBW和VBW的方法，以解決上述現有技術的不足，RBW和VBW的實現全部在一片FPGA中即可完成，同時整個處理過程是數據流式的工作方式，無需將數據進行緩存。該設計簡化了系統復雜度，同時降低了設計成本、體積和功耗，具有較強的實用性。

為了實現本發明的目的，擬采用以下技術：

一種頻譜儀采用數字信號處理實現RBW和VBW的方法，包括步驟：

步驟1，對中頻信號進行ADC數字化；

步驟2，對步驟1數字化后的中頻信號進行變頻，并得到混頻信號。

步驟3，對步驟2得到的混頻信號通過濾波，得到兩路正交的原始采樣率的零中頻信號：同相路零中頻信號I₁和正交路零中頻信號Q₁；

步驟4，根據RBW的帶寬大小，對步驟3得到的同相路零中頻信號I₁和正交路零中頻信號Q₁的兩路原始采樣率的零中頻信號分別進行抽取和濾波；

步驟5，對步驟4中抽取和濾波后的同相路零中頻信號I₁和正交路零中頻信號Q₁進行原型濾波，得到同相路信號I和正交路信號Q；

步驟6，對步驟5中得到的同相路信號I和正交路信號Q進行求模運算，并得到視頻信號；

步驟7，對步驟6中所得的視頻信號進行濾波處理。

進一步地，步驟2中對步驟1數字化后的中頻信號進行數字正交下變頻，數字下變頻的本振信號為：同相路本振信號NCO_I和正交路本振信號NCO_Q。

進一步地，步驟2中的同相路本振信號NCO_I以及正交路本振信號NCO_Q的數學模型分別為：

其中，為本振信號數字化的歸一化頻率，n為本振信號數字化后的數據點計數。