用于至少提供射頻信號參數的變頻傳感器和系統技術方案

本發明專利技術公開了用于至少提供射頻信號參數的變頻傳感器和系統。本發明專利技術涉及一種用于至少提供射頻信號參數的變頻傳感器，該射頻信號參數尤其為電功率值。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換為相應的I/Q分量；模數轉換單元，該模數轉換單元用于將相應的模擬I/Q值轉換為數字I/Q值；以及數字處理單元。該數字處理單元包括：可調濾波單元，該可調濾波單元用于選擇RF輸入信號的頻帶；和計算單元，該計算單元用于從選擇的頻帶的I/Q值計算至少電功率值。本發明專利技術還涉及一種用于分析射頻輸入信號參數的系統，其中該系統包括產生射頻信號的被測設備、本發明專利技術的傳感器、和顯示設備。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于至少提供射頻信號參數的變頻傳感器和系統，該射頻信號參數尤其為射頻信號的電功率值。
技術介紹
存在分析射頻信號(下文中稱為RF信號)的多種不同方式。一種獲得RF信號的參數的方式是利用測量設備檢測RF信號，該測量設備例如為數字示波器和/或(標量或矢量)網絡分析器。例如，文獻US2009/0092177A1描述了一種使用網絡分析器的矢量信號測量系統，該矢量信號測量系統的特征是寬的帶寬、大的動態范圍和高準確度。該系統在每個測量端口包含至少兩個接收器通道，以提供絕對幅度和絕對相位關系。在系統的具體測量端口處提供的寬帶信號被分到幾個子頻帶中，其中，單獨地分析每個子頻帶并將每個子頻帶與所提供的信號的平行基準頻帶相比較。針對所有子頻帶重復上述測量。該測量方法是非常耗時的，因此不是吸引人的用于分析寬帶信號的方法。此外，這些測量設備是很重的、耗費空間的、結構復雜的和高成本的，從而這些測量設備在使用上不靈活。那些測量設備需要校準的測量探針來檢測RF信號并將其引導到測量設備中。那些探針導致測量誤差并影響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電纜的移動導致不能校正或修正的所述測量誤差和不準確。網絡分析器或示波器的準確度在測量信號幅度的2％和3％之間。由于它們的復雜設置，這樣的測量設備包括不可接受的自舉時間。由于所包括的多個模塊，因此那些測量設備具有高的測量延遲，從而導致極大的測量時間，尤其是對于小功率的輸入RF信號。另一種獲得RF信號的信號參數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DE102008052335A1所獲知)來實現。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接到RF信號源并在其輸出端提供電功率值。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償方案。那些噪聲補償通常通過在檢測器的輸出端處減小測量帶寬來實現。因此可以在特定量的測量時間中僅測量RF信號。因此，在不具有顯著測量誤差或顯著測量時間的情況下，無法實現具有高的動態功率范圍的RF信號的功率檢測。因此，目的是提供克服上述問題和缺點的傳感器。尤其需要可用于分析寬帶射頻信號而不具有測量結果不準確的高風險以及不利用耗時的測量方法的傳感器。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的測量方法的傳感器。尤其需要可配置用于特定測量任務且為容易的進一步信號分析提供RF信號的信號參數的傳感器。該傳感器應當提供在遠程設備或后續設備中容易處理的而無需進一步計算的信號參數。尤其需要降噪傳感器，該降噪傳感器準確地檢測具有很小功率值(例如低于-50dBm)的信號，而無需耗時的測量方法或復雜的結構。
技術實現思路
上述目的尤其通過用于至少提供射頻信號參數的變頻傳感器來解決，該射頻信號參數尤其為電功率值。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換為相應的模擬I/Q值。該模擬接收部優選地以本地振蕩器頻率、使用I/Q解調方案轉換輸入信號。因此，RF輸入信號被轉換為相應的同相分量(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合值信號。該傳感器還包括模數轉換單元，該模數轉換單元用于將模擬I/Q值轉換為數字I/Q值。附加地，該傳感器包括數字處理單元，該數字處理單元包括用于選擇RF輸入信號的頻帶的可調濾波單元。優選地，該傳感器可以在兩種模式下操作。在所謂的將RF輸入信號轉換到中頻的第一操作模式下，兩個接收帶(下邊帶和上邊帶)對于每個本地振蕩器頻率都是可用的。為了避免兩個接收帶的下變頻信號在中頻范圍內的疊加，必須抑制一個接收帶。這通過I/Q解調方案來實現。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，存在僅一個接收帶。使用I/Q解調方案，兩個邊帶可以很容易被分離，這是因為它們不是復共軛的。為了進一步處理數字I/Q值，選擇僅一個邊帶。此外，濾波單元對數字I/Q值進行濾波，其中，濾波器曲線的帶寬和類型是可調的，從而選擇RF輸入信號的期望頻帶，而在該頻帶內不存在單個信號頻率的失真或不切斷RF信號的期望頻率分量。濾波器帶寬是可調的，其中，可以利用與選擇寬帶輸入濾波器時相同的高準確度對小頻帶輸入信號進行濾波。在高功率的RF輸入信號的情況中，可調濾波單元的使用使得傳感器可操作用于高度動態范圍的輸入信號。數字處理單元還包括計算單元，該計算單元用于從選擇的邊帶的數字I/Q值計算至少電功率值。該計算單元因此優選地獲得至少平方單元，該平方單元用于對I值和Q值進行數學上的平方運算。為了從相應的I/Q值獲得電功率值，必須將平方的I值與其對應的平方的Q值相加。相應的功率值是包絡功率值或至少與RF輸入信號的包絡功率值成比例的值。有利地，使用數字處理方案而非使用根據現有技術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生不想要的頻率分量，這些不想要的頻率分量在復雜的濾波過程中需要被刪除以避免測量誤差。使用本專利技術的傳感器可以避免該復雜的濾波。使用現有技術的傳感元件時，不可能使用子帶進行分析，原因是那些現有技術的傳感元件僅能夠測量整體電功率。附加地，傳感元件包括較長的測量時間，尤其是在寬帶信號用于例如頻譜分析器或本專利技術的傳感器設備時。數字處理單元的計算單元優選地包括積分單元，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。積分時段優選地等于輸入信號的包絡的一個時間周期或其整數倍。優選地，數字處理單元的計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字I/Q值的不同子集處創建一系列平均功率值而分析獲得的平均功率值的計算。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。數字處理單元優選地是數字信號處理器(DSP)或數字中央處理單元(CPU)。變頻傳感器有利地用于功率檢本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于至少提供射頻信號參數的變頻傳感器，所述射頻信號參數尤其為電功率值，所述變頻傳感器包括：?模擬接收部，所述模擬接收部用于使用本地振蕩器頻率將輸入信號轉換為相應的I/Q值；?模數轉換單元，所述模數轉換單元用于將相應的模擬I/Q值轉換為數字I/Q值；以及?數字處理單元，所述數字處理單元包括：?可調濾波單元，所述可調濾波單元用于選擇所述射頻信號的頻帶；和?計算單元，所述計算單元用于從選擇的所述頻帶的I/Q值至少計算電功率值。

【技術特征摘要】
2014.10.06 US 62/060,189;2015.01.19 US 14/599,9871.一種用于至少提供射頻信號參數的變頻傳感器，所述射頻信號參數尤其
為電功率值，所述變頻傳感器包括：
-模擬接收部，所述模擬接收部用于使用本地振蕩器頻率將輸入信號轉換為
相應的I/Q值；
-模數轉換單元，所述模數轉換單元用于將相應的模擬I/Q值轉換為數字I/Q
值；以及
-數字處理單元，所述數字處理單元包括：
-可調濾波單元，所述可調濾波單元用于選擇所述射頻信號的頻帶；和
-計算單元，所述計算單元用于從選擇的所述頻帶的I/Q值至少計算電
功率值。
2.根據權利要求1所述的變頻傳感器，其中，所述變頻傳感器至少在第一
操作模式和第二操作模式下能夠操作，并且，所述變頻傳感器在所述第一操作
模式和所述第二操作模式之間能夠切換。
3.根據權利要求2所述的變頻傳感器，其中，所述第一操作模式是利用所
述變頻傳感器的中頻的正常接收模式，所述第二操作模式是下變頻到零赫茲的
單個接收帶接收模式。
4.根據權利要求2所述的變頻傳感器，其中，針對帶寬高于中頻的帶寬的
輸入信號和/或針對電功率值大于預定閾值的輸入信號，選擇所述第二操作模式。
5.根據權利要求1所述的變頻傳感器，其中，所述數字處理單元還包括頻
移單元，所述頻移單元用于利用中頻信號對所述數字I/Q值進行數字化移位，且
其中，所述頻移單元布置在所述模數轉換單元和所述濾波單元之間。
6.根據權利要求5所述的變頻傳感器，其中，所述頻移單元在所述變頻傳
感器的第一操作模式下被激活。
7.根據權利要求1所述的變頻傳感器，其中，所述模擬接收部包括抗混疊
濾波器，其中，所述抗混疊濾波器在所述變頻傳感器的第一操作模式下被激活。
8.根據權利要求1所述的變頻傳感器，其中，所述變頻傳感器還包括本地
頻率振蕩器信號接口，所述本地頻率振蕩器信號接口用于施加本地振蕩器頻率
信號。
9.根據權利要求1所述的變頻傳感器，其中，所述變頻傳感器包括用于施
加所述輸入信號的第一信號接口，用于至少提供所述輸入信號的所述電功率值
的第二信號接口，以及用于為進一步信號分析提供所述數字I/Q值的至少第三接
口。
10.根據權利要求9所述的變頻傳感器，其中，所述變頻傳感器包括用于
提供和/或施加系統時鐘信號和/或觸發信號和/或基準信號的第四接口。
11.根據權利要求1所述的變頻傳感器，其中，所述變頻傳感器借助雙向
數據接口獲得所述變頻傳感器的能量供應，所述雙向數據接口優選地為通用串
行總線接口和/或局域網接口。
12.根據權利要求1所述的變頻傳感器，其中，所述變頻傳感器借助基于
網絡的接口提供所述電功率值。
13.一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：托拉夫·布拉特菲施，邁克爾·卡策爾，庫爾特·施密特，馬塞爾·特倫哈特，托馬斯·雷歇爾，
申請(專利權)人：羅德施瓦茲兩合股份有限公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE