用于至少提供射頻信號參數(shù)的變頻傳感器和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于至少提供射頻信號參數(shù)的變頻傳感器和系統(tǒng)，該射頻信號參數(shù)尤其為射頻信號的電功率值。
【背景技術(shù)】
[0002]存在分析射頻信號(下文中稱為RF信號)的多種不同方式。
[0003]一種獲得RF信號的參數(shù)的方式是利用測量設(shè)備檢測RF信號，該測量設(shè)備例如為數(shù)字示波器和/或(標(biāo)量或矢量)網(wǎng)絡(luò)分析器。例如，文獻(xiàn)US 2009/0092177 A1描述了一種使用網(wǎng)絡(luò)分析器的矢量信號測量系統(tǒng)，該矢量信號測量系統(tǒng)的特征是寬的帶寬、大的動(dòng)態(tài)范圍和高準(zhǔn)確度。該系統(tǒng)在每個(gè)測量端口包含至少兩個(gè)接收器通道，以提供絕對幅度和絕對相位關(guān)系。在系統(tǒng)的具體測量端口處提供的寬帶信號被分到幾個(gè)子頻帶中，其中，單獨(dú)地分析每個(gè)子頻帶并將每個(gè)子頻帶與所提供的信號的平行基準(zhǔn)頻帶相比較。針對所有子頻帶重復(fù)上述測量。該測量方法是非常耗時(shí)的，因此不是吸引人的用于分析寬帶信號的方法。
[0004]此外，這些測量設(shè)備是很重的、耗費(fèi)空間的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的和高成本的，從而這些測量設(shè)備在使用上不靈活。那些測量設(shè)備需要校準(zhǔn)的測量探針來檢測RF信號并將其引導(dǎo)到測量設(shè)備中。那些探針導(dǎo)致測量誤差并影響RF信號的特性，例如由探針因其寄生電參數(shù)而造成的傳輸損耗和反射損耗所引起。尤其在RF信號的檢測期間探針及其對應(yīng)電纜的移動(dòng)導(dǎo)致不能校正或修正的所述測量誤差和不準(zhǔn)確。
[0005]網(wǎng)絡(luò)分析器或示波器的準(zhǔn)確度在測量信號幅度的2%和3%之間。由于它們的復(fù)雜設(shè)置，這樣的測量設(shè)備包括不可接受的自舉時(shí)間。由于所包括的多個(gè)模塊，因此那些測量設(shè)備具有高的測量延遲，從而導(dǎo)致極大的測量時(shí)間，尤其是對于小功率的輸入RF信號。
[0006]另一種獲得RF信號的信號參數(shù)的方式是使用特定的信號傳感器。例如，對RF信號的電功率值的檢測通過使用所謂的功率檢測傳感器(其例如從DE 10 2008 052 335 A1所獲知)來實(shí)現(xiàn)。如今主要存在兩種不同類型的功率檢測傳感器，即基于二極管的檢測傳感器和基于熱的檢測傳感器。那些檢測傳感器直接聯(lián)接到RF信號源并在其輸出端提供電功率值。
[0007]不利地，這樣的傳感器的使用很受限于非常特定的信號幅度。利用這樣的檢測器不能正確地檢測平均功率低于100皮瓦(_70dBm)的信號。尤其，用于感測小于_20dBm的功率信號的傳感器或檢測器由于其噪聲依賴性而需要噪聲補(bǔ)償方案。那些噪聲補(bǔ)償通常通過在檢測器的輸出端處減小測量帶寬來實(shí)現(xiàn)。因此可以在特定量的測量時(shí)間中僅測量RF信號。因此，在不具有顯著測量誤差或顯著測量時(shí)間的情況下，無法實(shí)現(xiàn)具有高的動(dòng)態(tài)功率范圍的RF信號的功率檢測。
[0008]因此，目的是提供克服上述問題和缺點(diǎn)的傳感器。
[0009]尤其需要可用于分析寬帶射頻信號而不具有測量結(jié)果不準(zhǔn)確的高風(fēng)險(xiǎn)以及不利用耗時(shí)的測量方法的傳感器。
[0010]尤其需要可用于分析小功率信號以及高功率信號而不利用耗時(shí)的測量方法的傳感器。
[0011]尤其需要可配置用于特定測量任務(wù)且為容易的進(jìn)一步信號分析提供RF信號的信號參數(shù)的傳感器。該傳感器應(yīng)當(dāng)提供在遠(yuǎn)程設(shè)備或后續(xù)設(shè)備中容易處理的而無需進(jìn)一步計(jì)算的信號參數(shù)。
[0012]尤其需要降噪傳感器，該降噪傳感器準(zhǔn)確地檢測具有很小功率值(例如低于-50dBm)的信號，而無需耗時(shí)的測量方法或復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]上述目的尤其通過用于至少提供射頻信號參數(shù)的變頻傳感器來解決，該射頻信號參數(shù)尤其為電功率值。該傳感器包括模擬接收部，該模擬接收部用于使用本地振蕩器頻率將輸入信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬I/Q值。該模擬接收部優(yōu)選地以本地振蕩器頻率、使用I/Q解調(diào)方案轉(zhuǎn)換輸入信號。因此，RF輸入信號被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的同相分量(下文稱為I值)和正交相位分量(下文稱為Q值)。因此轉(zhuǎn)換后的I/Q值信號為包括輸入信號的幅度信息和相位信息的復(fù)合值信號。
[0014]該傳感器還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，該模數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于將模擬Ι/Q值轉(zhuǎn)換為數(shù)字1/9值。
[0015]附加地，該傳感器包括數(shù)字處理單元，該數(shù)字處理單元包括用于選擇RF輸入信號的頻帶的可調(diào)濾波單元。優(yōu)選地，該傳感器可以在兩種模式下操作。在所謂的將RF輸入信號轉(zhuǎn)換到中頻的第一操作模式下，兩個(gè)接收帶(下邊帶和上邊帶)對于每個(gè)本地振蕩器頻率都是可用的。為了避免兩個(gè)接收帶的下變頻信號在中頻范圍內(nèi)的疊加，必須抑制一個(gè)接收帶。這通過Ι/Q解調(diào)方案來實(shí)現(xiàn)。在傳感器的所謂的第二操作模式下，對于特定的本地振蕩器頻率，存在僅一個(gè)接收帶。
[0016]使用Ι/Q解調(diào)方案，兩個(gè)邊帶可以很容易被分離，這是因?yàn)樗鼈儾皇菑?fù)共軛的。為了進(jìn)一步處理數(shù)字Ι/Q值，選擇僅一個(gè)邊帶。此外，濾波單元對數(shù)字Ι/Q值進(jìn)行濾波，其中，濾波器曲線的帶寬和類型是可調(diào)的，從而選擇RF輸入信號的期望頻帶，而在該頻帶內(nèi)不存在單個(gè)信號頻率的失真或不切斷RF信號的期望頻率分量。濾波器帶寬是可調(diào)的，其中，可以利用與選擇寬帶輸入濾波器時(shí)相同的高準(zhǔn)確度對小頻帶輸入信號進(jìn)行濾波。在高功率的RF輸入信號的情況中，可調(diào)濾波單元的使用使得傳感器可操作用于高度動(dòng)態(tài)范圍的輸入信號。
[0017]數(shù)字處理單元還包括計(jì)算單元，該計(jì)算單元用于從選擇的邊帶的數(shù)字Ι/Q值計(jì)算至少電功率值。該計(jì)算單元因此優(yōu)選地獲得至少平方單元，該平方單元用于對I值和Q值進(jìn)行數(shù)學(xué)上的平方運(yùn)算。為了從相應(yīng)的Ι/Q值獲得電功率值，必須將平方的I值與其對應(yīng)的平方的Q值相加。相應(yīng)的功率值是包絡(luò)功率值或至少與RF輸入信號的包絡(luò)功率值成比例的值。
[0018]有利地，使用數(shù)字處理方案而非使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有非線性特性的基于二極管的傳感元件，來獲得該功率值。那些基于二極管的傳感元件由于其非線性行為而產(chǎn)生不想要的頻率分量，這些不想要的頻率分量在復(fù)雜的濾波過程中需要被刪除以避免測量誤差。使用本發(fā)明的傳感器可以避免該復(fù)雜的濾波。使用現(xiàn)有技術(shù)的傳感元件時(shí)，不可能使用子帶進(jìn)行分析，原因是那些現(xiàn)有技術(shù)的傳感元件僅能夠測量整體電功率。
[0019]附加地，傳感元件包括較長的測量時(shí)間，尤其是在寬帶信號用于例如頻譜分析器或本發(fā)明的傳感器設(shè)備時(shí)。
[0020]數(shù)字處理單元的計(jì)算單元優(yōu)選地包括積分單元，該積分單元布置在平方單元的下游。在積分單元的輸出端處獲得平均功率值。積分時(shí)段優(yōu)選地等于輸入信號的包絡(luò)的一個(gè)時(shí)間周期或其整數(shù)倍。
[0021]優(yōu)選地，數(shù)字處理單元的計(jì)算單元還包括平均單元，該平均單元布置在積分單元的下游以獲得平均化的功率值，該平均化的功率值是通過在數(shù)字Ι/Q值的不同子集處創(chuàng)建一系列平均功率值而分析獲得的平均功率值的計(jì)算。對獲得的一系列平均功率值求平均以獲得平均化的平均功率值。
[0022]數(shù)字處理單元優(yōu)選地是數(shù)字信號處理器(DSP)或數(shù)字中央處理單元(CPU)。
[0023]變頻傳感器有利地用于功率檢測。因此，使用本地振蕩器頻率和Ι/Q解調(diào)方案對所選的接收帶內(nèi)的射頻信號進(jìn)行下變頻。使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器對形成的模擬Ι/Q信號進(jìn)行數(shù)字化?，F(xiàn)在可以在數(shù)字處理單元中處理數(shù)字Ι/Q值，并且可以使用各個(gè)平方的I值和Q值的總和來計(jì)算功率值。
[0024]由于將射頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字Ι/Q值，因此提供RF信號的幅度信息和相位信息二者，并且也可以應(yīng)用選擇性的矢量測量分析。因此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器可以用于多個(gè)分析目的，例如功率檢測、傳輸/反射損失、幅度和相位分析。利用本發(fā)明的傳感器，尤其可以很容易地分析產(chǎn)生和/或發(fā)送RF信號的被測設(shè)備的S參數(shù)。由于數(shù)字Ι/Q值，因此數(shù)字處理單元中的所有必要計(jì)算不經(jīng)受模擬信號處理產(chǎn)生的限制。
[0025]傳感器自身是非常緊湊的，因此直接聯(lián)接到被測設(shè)備，而無需額外的測量探針或測量電纜。這導(dǎo)致測量結(jié)果的較高準(zhǔn)確度。
[0026]在優(yōu)選實(shí)施方式中，變頻傳感器在至少第一操作模式和第二操作模式下能夠操作，其中，上述模式是可選擇的。特定模式的選擇取決于特定信號參數(shù)。這導(dǎo)致對RF信號的有效分析。
[0027]在優(yōu)選實(shí)施方式中，第二操作模式用于電功率大于預(yù)定閾值的輸入信號。在RF信號大于預(yù)定閾值的情況下，可以忽略由于模擬Ι/Q通路中的本地振蕩器泄露、Ι/f噪聲和/或DC偏移而造成的測量誤差，原因是它們對測量結(jié)果的影響是不顯著的。
[0028]在優(yōu)選實(shí)施方式中，第二操作模式用于帶寬高于傳感器在第一操作模式下的中頻通路的中頻的帶寬的輸入信號。這樣的寬帶輸入RF信號通常通過如下方式來分析:將寬帶信號頻率劃分為幾個(gè)子頻帶，選擇輸入RF信號的特定子頻帶，在所選的子頻帶處進(jìn)行分析，以及存儲(chǔ)測量結(jié)果。然后，重新選擇相鄰的子頻帶，并且重復(fù)分析步驟和存儲(chǔ)步驟。繼續(xù)該過程，直到已經(jīng)分析了完整的寬帶信號。當(dāng)組合單個(gè)的子帶結(jié)果時(shí)，這樣的子帶移位分析是耗時(shí)