[实用新型]高频未知频率正弦波矢量高精度快速数字测量装置

说明书

本实用新型是属于高频未知频率正弦波矢量高精度快速数字测量装置的制造。

我国高频未知频率正弦波矢量高精度快速数字测量装置(微秒级/点——如50μs/点；高频正弦波相对幅度测量精度高于0.5dB；高频正弦波相对相位测量精度高于0.3度；高频正弦波频率测量分辨率优于1Hz)的制造目前尚属空白，高频正弦波矢量高精度快速数字测量装置完全依赖进口。现国内高频正弦波矢量快速测量实用装置仍处于模拟测量技术水平，测量精度低，如国产雷达、国产高频正弦波矢量测量仪等；低速(毫秒级/每点，如500ms/点)高频正弦波矢量高精度测量装置之制造技术国内虽较为成熟，一般分别采用高频正弦波标称峰值幅度测量、高频正弦波频率测量与高频正弦波相对初始相位测量三套相对独立的测量装置予以构成，实现上采用物理量转换装置对高频正弦波标称峰值幅度、高频正弦波频率与高频正弦波相对初始相位分别进行频率/时间或电压/电流等转换后，再行实施间接测量。如对高频正弦波标称峰值幅度间接测量装置有：正弦波真有效值转换或交直流转换直流电压表测量装置、最大峰值采样保持直流电压表测量装置等；对高频正弦波相对初始相位间接测量装置有：相位差到鉴相脉冲转换填充记数测量装置、相位差到鉴相脉冲转换低通滤波直流电压表测量装置、乘法器鉴相低通滤波直流电压表测量装置等；高频正弦波频率测量装置最常见为频率/时间转换填充记数测量装置、f-V转换直流电压表测量装置等。此类现有高频正弦波矢量低速数字测量装置，虽能满足测量精度之要求，但其一般由二或三部分互相独立的测量电路、仪器组成，成本高、功耗大、体积大、连接复杂；速度明显不能满足需高速测量之场合。

本实用新型的目的是提供一种新的高频未知频率正弦波矢量高精度快速数字测量装置，本实用新型一改经典的高频正弦波矢量间接数字测量而为高频正弦波矢量直接数字测量，以高于14位、采样速率大于100ksps的程控A/D转换器、高频率分辨率(如小于等于1Hz)和低相位噪声(如相噪小于-80dB)本地振荡扫频器、高速(处理速度高于50ns)数字信号处理器(如DSP)保证高精度和快速测量，在实现技术上采用以已知频率和幅度的高频正弦波对被测未知频率高频正弦波混频下变频后的中频信号进行测量，即对一个中频信号正弦波周期内已知时间间隔且不为零的三点进行A/D采样，由高速数字信号处理器对A/D采样数据进行高速数字运算，一次性直接得到高频正弦波标称峰值幅度、高频正弦波相对初始相位与高频正弦波频率之数字化量最终参数，从而完成高频未知频率正弦波矢量的快速高精度数字测量。从根本上解决了测量速度与测量精度之矛盾，在不牺牲精度的情况下大大提高测量速度，降低了高频正弦波矢量高精度快速数字测量装置的成本；有效地减小了体积和功耗，提高了产品机动性、灵活性、一致性和可靠性。

参照说明书附图：图1是高频未知频率正弦波矢量高精度快速数字测量装置内部结构与连接图；图2是高频未知频率正弦波矢量高精度快速数字测量中频采样波形图；图3是高频未知频率正弦波矢量高精度快速数字测量装置实际应用于可测量变频网络的高频矢量网络仪内部结构与外部连接测量图。

现将本实用新型说明如下：如图1所示，高频未知频率正弦波矢量高精度快速数字测量装置主要包括高频正弦波输入装置1、高频正弦波下变频器2、已知频率和幅度的高频率分辨率和低相位噪声程控本地振荡扫频器3(频率分辨率小于等于1Hz、相噪小于-80dB)、中频滤波器4、程控放大/衰减器5、程控采样保持器6、程控A/D转换器7(如采样精度大于等于14位且采样速率大于100ksps的程控A/D)、高速(处理速度高于50ns)数字信号处理器9、输出器18、控制总线和数据总线8、C是装置机壳。a(t)是被测未知频率高频正弦信号；c(t)是程控本地振荡扫频正弦信号；A(t)是最终被测中频信号。1——7依次连接；3连接2；9连接18、并通过8分别连接3/5/6/7。

如图1所示，其工作原理主要分：被测未知频率高频正弦信号的捕捉和测量两个进程。“捕捉”即由9通过8首先控制3进行在有效频带内扫描搜索，并同步控制5、6、7之工作状态，以配合3，直至7得到有效数据输出完成“捕捉”；“测量”是在a(t)通过1与3的c(t)在2混频后输入4，滤除无用杂波输出中频信号，中频信号经5放大或衰减后形成适合7采样的最终被测中频信号A(t)，由6向7提供精确采样值，以消除A/D转换误差，对A(t)进行每周期不少于三次已知采样时间间隔且不为零的采样，采样数据通过8输入9直接进行数字运算处理，测量结果由18输出。矢量测量数学模型建立如下：