一种改进信号分析仪扫描线性度的方法

摘要

本发明提供一种改进信号分析仪扫描线性度的方法，包括以下步骤：步骤A：根据扫描速度及起始终止频点，重新计算本振预扫描的起始频率c，c＝a-[(b-a)K/T]；步骤B：设置本振预扫描的起始频率c和扫描速度(b-a)/T；步骤C：设定在T0时刻控制扫描斜坡驱动器驱动本振开始扫描；步骤D：延迟等待，直到T1时刻到来，等待的时间为控制电压uc(t)振荡的持续时间K；步骤E：在T2-T1的时间段内，检波器输出的数据就是被测频段a至b频段的频谱。采用下述方案，在不改变硬件电路及扫描本振实现方案的条件下，通过对本振的预扫描，解决了扫描速度提升与本振扫描线性度之间的矛盾。既保证本振闭环扫描准确的特性，又为扫描速度的提升奠定了基础。

说明书

技术领域

本发明属于测量仪器本振驱动技术领域，是一种改进信号分析仪本振 扫描线性度的方法。

背景技术

目前大多仪器的合成本振，是通过一个具有反馈控制系统的锁相技术 实现，即锁相环。锁相环是一个能够实现相位跟踪的负反馈控制系统，其 主要由鉴相器(PD)1、环路滤波器(LF)2和电压控制振荡器(VCO)3三 部分组成，如附图1所示。

输入信号相位θ1(t)与反馈信号相位θ2(t)通过鉴相器1产生误 差信号ud(t)。该误差信号ud(t)通过环路滤波器2得到控制电压uc(t)， 控制电压uc(t)加到压控振荡器3上使之产生振荡频率偏移，来跟踪输入 信号。锁定之后，电压控制振荡器3的输出频率与输入信号频率相同，两 者之间维持一定的稳态相位差。

锁相环路的电压控制振荡器是一个电压-频率转换装置，在一定的振荡 频率范围内，其控制电压与输出频率是线性的变化关系。如附图2所示， 通过一个扫描斜坡电压产生电路4，产生一个线性良好的斜坡电压ub(t)。 将该斜坡电压加载到电压控制振荡器上实现本振的连续扫描。附图2中， 控制电压uc(t)与斜坡电压ub(t)通过调谐电压产生电路5共同产生驱 动调谐电压u(t)，u(t)加载到电压控制振荡器的调谐端口，一般选择 YTO(以钇铁柘榴石小球为谐振子、微波晶体管为有源器件的固态微波信号 源)作为电压控制振荡器3，通过斜坡电压ub(t)实现本振连续扫描，控 制电压uc(t)实现本振实时锁定，只要保证uc(t)在一定电压范围内， 就能实现本振连续扫描且实时锁定。

对于锁相环路来说，从一个静态的锁定频率点到动态的变化过程中， 控制电压uc(t)会产生一定的振荡，振荡的幅度与扫频速度有关，通常扫 频速度越快，振荡幅度越大。本振扫描的线性度是通过驱动调谐电压u(t) 的线性度来保证，u(t)＝ub(t)+uc(t)。在扫描速度要求不高的情况 下，控制电压uc(t)振荡幅度很小，本振的扫描线性度则主要由斜坡电压 ub(t)来决定。目前斜坡电压多采用数字方案实现，因此能保证本振良好 线性扫描。如附图3所示，本振从频率点a连续变化到频率点b调谐电压 的变化曲线图。当本振扫描速度较高时，控制电压uc(t)的振荡幅度变大， 从而造成调谐电压u(t)出现明显的非线性现象。目前尚未发现解决该问 题的有效方法，只能通过尽量降低扫描速度，忽略控制电压uc(t)非线性 影响。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种改进信 号分析仪扫描线性度的方法。

本发明的技术方案如下：

一种改进信号分析仪扫描线性度的方法，其中包括以下步骤：

步骤A：根据扫描起始终止频率点及速度重新计算本振预扫描的起始频 率c，c＝a-[(b-a)K/T]；其中被测频段为a至b频段的频谱；

步骤B：设置本振预扫描的起始频率点c和扫描速度(b-a)/T；

步骤C：设定在T0时刻控制扫描斜坡驱动器驱动本振开始扫描；其中 T0时刻为预扫描点c对应的时刻；

步骤D：延迟等待，直到T1时刻到来，等待的时间为控制电压uc(t) 振荡的持续时间K；

步骤E：在T2-T1的时间段内，检波器输出的数据就是被测频段a至b 频段的频谱。

所述的改进信号分析仪扫描线性度的方法，其中，步骤A中，扫描时 间T＝(T2-T1)，扫描速度等于(b-a)/T，其中T1为本振调谐到a频点时的 时刻，T2为本振调谐到b频点时的时刻；K为控制电压振荡的持续时间。

所述的改进信号分析仪扫描线性度的方法，其中所述K为在具体环路 的控制电压振荡持续时间，所述振荡持续时间是固定的。

所述的改进信号分析仪扫描线性度的方法，其中，所述步骤D之后， 还执行步骤D1：当T1时刻到达时，此时本振正好调谐到a频点，开始驱动 检波器输出检波数据，此时检波输出的数据则为频点a的信号幅度。

所述的改进信号分析仪扫描线性度的方法，其中，所述步骤D之后， 还执行步骤D2：当T2时刻到来时结束扫描，此时本振正好调谐到b频点， 检波器结束工作。

所述的改进信号分析仪扫描线性度的方法，其中，上述步骤中不计算 分辨率带宽滤波器频滤波处理造成的延迟时间。

采用上述方案，在不改变硬件电路及扫描本振实现方案的条件下，通 过预扫描本振简单直接有效的解决了扫描速度提升与本振扫描线性度之间 的矛盾。既保证扫描本振闭环准确的特性，又为扫描速度的提升奠定了一 定的基础。

附图说明

图1为现有技术中锁相环路示意图；

图2为现有技术中全程锁相扫描本振示意图；

图3为现有技术中实测的调谐驱动电压变化示意图；。

图4为本发明一实施例扫描频谱测量示意图；

图5为本发明一实施例本振调谐驱动电压变化示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种改进信号分析仪扫描线性度的方法，如图4所示，被 测信号经过预选滤波器101输入到混频器102中，与扫频本振103混频后 的中频信号经过分辨率带宽滤波器104后，进入检波器105得到信号幅度 107。如图4所示，假设扫描时间为T，进行一次扫频测量时，以测量a到 b频段的频谱为例，这里假设T0时刻本振开始扫描，扫描驱动器106驱动 本振103开始扫描；当到T1时刻，扫描驱动器106驱动本振103开始进入 线性扫描，同时驱动检波器105开始检波运算，本振频率则从a开始连续 调谐，同时检波器105输出信号幅度，为了便于说明，这里忽略中频滤波 处理造成的延迟时间。在下一时刻T2到来时，本振频率调谐到b频率点上， 此时检波器105输出了(T2-T1)的所有信号幅度，对应的数据就是a～b 频段的信号频谱。

为了便于说明本发明的详细技术内容，如图5所示，我们以测量a到b 频段的频谱为例，假设扫描时间为T＝(T2-T1)，扫描速度等于(b-a)/T， 其中T1为本振调谐到a频点时的时刻，T2为本振调谐到b频点时的时刻， 本发明提出采用预先扫描方法来消除高速扫描时本振调谐电压在扫描开始 时的非线性影响，首选我们已经通过实验获得了具体电路的控制电压uc(t) 振荡的持续时间K，当电路设计完成后，该振荡的持续时间K是固定的，然 后按照以下描述的步骤进行，

步骤一：根据扫描速度重新计算本振扫描的起始频率c，

c＝a-[(b-a)K/T]

步骤二：设置本振真实扫描的起始频率c和扫描速度(b-a)/T

步骤三：设定在T0时刻控制扫描斜坡驱动器驱动本振开始扫描；其中 T0时刻为预扫描点c对应的时刻；

步骤四：延迟等待，直到T1时刻到来，等待的时间为控制电压uc(t) 振荡的持续时间K；

步骤五：当T1时刻到达时，此时本振正好调谐到a频点，开始驱动检 波器输出检波数据，此时检波输出的数据则为频点a的信号幅度。

步骤六：当T2时刻到来时结束扫描，此时本振正好调谐到b频点，检 波器结束工作，在T2-T1的时间段内，检波器输出的数据就是被测频段a～ b的信号频谱。

根据上述描述的步骤，可在不改变硬件电路和设计方案的条件下，简 洁方便的解决的本振扫描的线性度问题，更为扫描速度的提升奠定了一定 的基础。

采用两种相同仪器分别将未使用本发明方法和使用了本发明方法对信 号在起始频率点的测量后，实测数据表明，采用本发明的方法整机扫描时 间为1ms；未采用本发明的方法整机扫描时间为5ms。并且在两种相同仪 器上可以看出采用本发明的方法，信号在扫描速度提高了5倍的情况下， 依然保证了优异的频率读出准确度。

实施例2

在上述实施例的基础上，如图4-图5所示，本发明提供一种改进信号 分析仪扫描线性度的方法，其中包括以下步骤：

步骤A：根据扫描起始终止频率点及速度重新计算本振预扫描的起始频 率c，c＝a-[(b-a)K/T]；其中被测频段为a至b频段的频谱；

步骤B：设置本振预扫描的起始频率点c和扫描速度(b-a)/T；

步骤C：设定在T0时刻控制扫描斜坡驱动器驱动本振开始扫描；其中 T0时刻为预扫描点c对应的时刻；

步骤D：延迟等待，直到T1时刻到来，等待的时间为控制电压uc(t) 振荡的持续时间K；

步骤E：在T2-T1的时间段内，检波器输出的数据就是被测频段a至b 频段的频谱。

进一步而言，步骤A中，扫描时间T＝(T2-T1)，扫描速度等于(b-a) /T，其中T1为本振调谐到a频点时的时刻，T2为本振调谐到b频点时的时 刻；K为控制电压振荡的持续时间。

进一步而言，其中所述K为在具体环路的控制电压振荡持续时间，所 述振荡持续时间是固定的。

进一步而言，所述步骤D之后，还执行步骤D1：当T1时刻到达时，此 时本振正好调谐到a频点，开始驱动检波器输出检波数据，此时检波输出 的数据则为频点a的信号幅度。

进一步而言，所述步骤D之后，还执行步骤D2：当T2时刻到来时结束 扫描，此时本振正好调谐到b频点，检波器结束工作。

进一步而言，上述步骤中不计算分辨率带宽滤波器频滤波处理造成的 延迟时间。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以 改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护 范围。