中国电子标准协会培训中心

  
培训课程筛选
 首页 >> 资讯中心 >> 正文

频谱分析系列:为什么需要预选器?

作者:不详 ; 发布时间:2020-3-24 8:28:25 ; 来源:互联网  点击:

RF测试笔记是业界一线工程师们通过理论和实践相结合的方式介绍射频微波测试技术的专栏,主要涵盖噪声系数、数字调制、矢网、频谱分析、脉冲信号等内容 如有想看到的内容或技术问题,可以在文尾写下留言。

无论是采用模拟IF处理的传统频谱仪,还是采用数字IF处理的现代频谱仪,都是扫频式架构,通过第一级本振(LO)的调谐实现射频的扫频测试。熟悉频谱仪架构的朋友都了解,在第一级混频器之前都会存在一个预选器,如图1所示,这个预选器是个什么器件?具体有什么功能呢?

图1. 传统频谱仪架构示意图

对于频谱测试,射频前端的预选器至关重要,这是实现准确频谱测试的重要前提!预选器实际上就是一个滤波器,实际应用中,要么是低通滤波器,要么是可调谐带通滤波器。在低频频谱测试时,频谱仪通常采用低通滤波器作为预选器;而在高频段,频谱仪通常采用YIG ( Yttrium Iron Garnet,钇铁石榴石铁氧体) 滤波器作为预选器。采用YIG技术的带通滤波器,一方面可以覆盖到更高频率(高达50GHz),另一方面在调谐中心频率时,滤波器的相对带宽变化很小,从而保证了频谱的准确测试。

为什么扫频式频谱仪需要预选器呢?

具体原因要从扫频式频谱仪的工作原理说起,频谱仪整个模拟前端可能包含多级混频器,通常为两到三级混频,但是只有第一级混频器的LO是调谐的,而其它混频器的LO都是固定的。每一级混频器之后均包含一个中频滤波器,这些滤波器的中心频率是固定的,因此,通过第一级LO的不断调谐,从而实现了信号的扫描测试,才可以观测到一定频率范围内的频谱。

为方便起见,无论信号频率高低,下文统一将频谱仪输入的信号称为RF信号,LO信号是指第一级混频器的本振信号,IF信号是指第一级混频器输出的中频信号。

简单介绍一下混频器:混频器属于一个变频器件,具有RF、LO和IF三个端口,可以实现输入频率与LO频率的和频输出,也可以实现对应的差频输出。在频谱仪应用中,混频器起到下变频的作用,后一级中频滤波器将选择差频输出。

当LO频率固定时,如果使混频器输出一定的IF信号,则在混频器输入侧将存在两个可能的频率:f RF 和f image 。这两个频率与LO和IF之间的关系如图2所示,互为镜像。此处考虑的是高LO注入的情况,即LO频率大于RF频率,市面上的频谱仪基本都采用高LO注入方式。图1所示的频谱仪架构中,预选器位于混频器之前,实际上起到镜频抑制的作用。

图2. 混频器的镜频工作特性

预选器是如何抑制镜频的呢?

扫频式频谱仪在工作中,预选器对镜频的抑制是如何体现的?其实,在频谱仪输入侧并不一定真的存在镜频信号,此处所说的预选器抑制的“镜频”是指在LO调谐时的“固有产物”。为了便于理解,下面通过图解的方式进行详细说明。

图3. 当存在RF信号时,LO在两个调谐位置都会产生IF信号

如图3所示,假设频谱仪输入侧存在RF信号,当LO调谐至f LO1 时,与RF信号的差频为IF,因频谱仪采用高LO注入方式,因此经过计算,频谱仪“认为”在频率为(f LO1 – IF) 的位置存在一个信号,这就造成了图中所示的虚假信号。

当LO继续调谐至f LO2 时,与RF信号的差频也是IF,那么此时频谱仪“认为”在频率为(f LO2 – IF) 的位置也存在一个信号,而这个信号就是真实的RF信号。

虚假信号与真实信号互为镜频,二者频率之差为2倍的IF频率。假如频谱仪的射频前端没有预选器,则测试类似于图3这种信号时,频谱上将出现两根谱线,但只有一个是真实的。这样会扰乱频谱的测试,所以频谱仪才会引入预选器。

YIG预选器为一窄带带通滤波器,位于Mixer之前,预选器的中心频率与LO频率同步扫描,二者之差为IF频率,只有通过预选器的信号才会与LO混频,因此可以避免产生LO调谐过程中虚假的镜频分量。

图4在上述例子基础之上引入了预选器,即使LO调谐至f LO1 ,也不会产生虚假信号,因为此时没有信号通过预选器,而RF信号位于预选器带外,已经被充分抑制!当LO进一步调谐至f LO2 ,RF信号刚好位于预选器的中心频率处,此时LO与RF的差频刚好为IF,于是经过计算,频谱仪“认为”信号的频率就是(f LO2 – IF),这就是真实的信号。

由此可见,预选器对于准确测试频谱是非常有必要的!

图4. 在混频之前引入预选器可以有效防止镜频效应

频谱仪什么情况下会采用低通滤波器作为预选器呢?

假如将频谱仪的扫频范围设置为100kHz到10GHz,高达十几倍频程,采用可调谐的带通滤波器当作预选器是非常不现实的,即使可以设计出这种预选器,也无法解决相对带宽随中心频率升高而变大的问题。

对于这种情况,可以一改传统情况,采用高IF频率方案,即IF信号频率大于RF信号频率,此时也要求采用更高的LO频率。这种情况下,镜频将远离信号,使用一个低通滤波器即可轻松抑制镜频。

图5分别给出了LO的调谐范围,以及RF信号和对应镜频信号的扫频范围,这三个范围相同,就是频率测试范围Span。频谱仪选取的IF信号频率远远大于RF信号频率,这使得镜频远离RF信号。

假如没有预选器,当LO调谐至f LO,start ,若在f RF,start 处没有信号而在f Image,start 处存在一个信号,则下变频后也会落在IF频率上,这将使得频谱仪“误判”在f RF,start 处存在信号。

类似于YIG预选器,引入低通滤波器充当预选器后,只有通过预选器的信号才可以参与混频,从而解决了镜频信号干扰测试的问题!

图5. 采用低通滤波器作为预选器以应对低频信号频谱的测试

现实情况是,高频频谱仪通常都会采用这两种类型的预选器,各有各适用的情况,存在一个频率分界点,低于该频率将采用低通滤波器作为预选器,而高于该频率则会采用YIG预选器。频谱测试时,如果span横跨了这个频率分界点,则会自动进行预选器的切换选择。

预选器对于宽带信号分析有何影响?

基于频谱仪的宽带信号分析越来越多,5G NR、卫星通信及雷达信号分析等都需要比较高的分析带宽。而预选器的存在,则可能会影响宽带信号的分析。如果载波频率比较低,采用低通滤波型预选器,将不会限制分析带宽,因为这种预选器带宽很大。而如果载波频率较高,将会采用YIG预选器,这种可调谐式滤波器的带宽很小,只有几十MHz,当信号带宽超过预选器带宽时,将会限制宽带信号的分析。

鉴于这种情况,一般在进行宽带信号分析时,频谱仪会自动bypass YIG预选器。

小结

本文详细介绍了预选器对于扫频式频谱仪的重要性,通过举例、图解方式说明了为什么需要预选器以及预选器是如何工作的。预选器对于基本的频谱分析是非常必要的,但是对于宽带信号分析却可能是一种限制,业界频谱仪一般都会引入bypass机制,从而避免预选器对宽带信号分析的限制。

 
推荐公开课
[江苏回流焊和通孔回流焊(THD)的SMT
[广东NPI新产品导入
[江苏PCBA的可制造性设计(DFM)实施
[广东光学镜头测试培训
[广东在软件开发流程中构筑软件质量-软件测
[广东嵌入式软件可靠性设计培训
[广东电路设计中器件选型及工程计算培训课程
[上海面向可制造性的设计与工艺优化
[江苏ESD检验员职业资格(防静电系统高级
[广东硬件测试管理
推荐内训课
[广东SMT核心工艺技术、质量控制与案例解
[广东“倒装焊器件(BGA\WLP\QFN
[广东照相模组的设计工艺、组装技术和失效分
[河北硬件测试技术及信号完整性分析
[山西电子产品实用可靠性设计和试验技术高级
[广东SMT组装中的实用可制造性(DFM)
[上海电磁兼容设计与整改对策及经典案例分析
[广东板级电磁兼容设计与整改对策分析培训
[广东非财务经理的财务管理必修课
[广东电路设计中器件选型及工程计算
资讯中心
·家电可靠性开始标准化进程
·国内主流车型可靠性调查启动
·我国家电产品可靠性不足 还需严抓
·我国电动汽车产业发展趋势展望及对策研究
·为什么说2018是自动驾驶最艰难的一年
·当今世界谁的5G实力最强
·阿里百度上榜 2018中国IC设计新势力
·华为发布智能计算新战略 推进AI战略落地
·德国法庭批准高通请求:对iPhone颁永
·竞争力不足 英特尔或彻底退出芯片代工市场
·国产FPGA的新机会和旧问题
·捷克下令禁用华为 多米诺骨牌效应作祟?

 

中国电子标准协会培训中心专业提供可靠性设计、热设计、SMT工艺、电路设计、架构设计、硬件测试、研发管理、嵌入式软件测试、EMC培训、软件技术等课程及服务。
欢迎来电来函咨询:
0755-26506757 13798472936
martin@ways.org.cn
http://www.ways.org.cn

中国电子标准协会培训中心(深圳市威硕企业管理咨询有限公司)成立于2006年,经过十多年的发展,在国内外业界技术顾问及广大客户的支持下,我培训中心已成为一家专业的电子技术、研发、管理、企业资格及电子标准培训服务提供商,致力为各企业提供成熟的企业技术、管理及标准培训服务。借鉴国际先进的电子技术应用与管理理念,让协会整合以“技术”为核心的企业资源体系,解决企业运营过程中的技术难题,提升生产、运作与工作效率,增强企业核心能力,赢得竞争优势,最终实现企业长期追求的使命与愿景。
经典课程:可靠性设计各种设计技术(包括可靠性降额设计、硬件测试、可靠性余度设计、可靠性动态设计、电路设计、可靠性环境防护设计、EMC培训、热设计、硬件测试、可靠性安全设计、缓冲减振设计、静电防护设计等)、SMT技术管理培训、EMC培训、硬件测试、IPC标准(IPC-A-610E标准、IPC-A-7711/21标准、IPC-A-620A标准、IPC-A-600H标准、IPC J-STD-001标准)、电路设计、硬件测试、ESD防静电防护、ESD设计、硬件测试、EMC培训、电路设计、硬件测试技术及信号完整性分析、硬件测试、DFM电子可制造性设计、机械结构设计、加速试验和筛选技术和模拟仿真技术、硬件测试、EMC培训、失效分析、EMC培训、电路设计、EMC培训、故障模式影响及危害性(FMEA、FMECA)和故障树分析(FTA)、元器件可靠性设计、硬件测试、电路设计、软件可靠性设计、硬件测试、软件测试(黑盒和白盒)、电路设计、可靠性设计各种试验技术(环境应力筛选试验、EMC培训、硬件测试、可靠性工程试验、可靠性统计试验等)以及可靠性管理是我协会的强项;软件类:架构设计、EMC培训、硬件测试、C语言、电路设计、UI设计、硬件测试、需求分析、电路设计、软件项目管理、硬件测试、电路设计、Oracle、软件敏捷、.NET、EMC培训、硬件测试、Android、硬件测试、软件配置管理、Linux、硬件测试、CMMI、软件重构、C++等等

服务热线:0755-33558698 26506757 传真:0755-33119039 电子邮件:martin@ways.org.cn
客服 QQ:52630255 751959468 1305933375 385326049
中国电子标准协会培训中心(http://www.ways.org.cn)网站 ICP注册号:ICP备257378787号