用于至少提供射频信号参数的变频传感器和系统技术方案

本发明专利技术公开了用于至少提供射频信号参数的变频传感器和系统。本发明专利技术涉及一种用于至少提供射频信号参数的变频传感器，该射频信号参数尤其为电功率值。该传感器包括：模拟接收部，该模拟接收部用于使用本地振荡器频率将输入信号转换为相应的I/Q分量；模数转换单元，该模数转换单元用于将相应的模拟I/Q值转换为数字I/Q值；以及数字处理单元。该数字处理单元包括：可调滤波单元，该可调滤波单元用于选择RF输入信号的频带；和计算单元，该计算单元用于从选择的频带的I/Q值计算至少电功率值。本发明专利技术还涉及一种用于分析射频输入信号参数的系统，其中该系统包括产生射频信号的被测设备、本发明专利技术的传感器、和显示设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于至少提供射频信号参数的变频传感器和系统，该射频信号参数尤其为射频信号的电功率值。
技术介绍
存在分析射频信号(下文中称为RF信号)的多种不同方式。一种获得RF信号的参数的方式是利用测量设备检测RF信号，该测量设备例如为数字示波器和/或(标量或矢量)网络分析器。例如，文献US2009/0092177A1描述了一种使用网络分析器的矢量信号测量系统，该矢量信号测量系统的特征是宽的带宽、大的动态范围和高准确度。该系统在每个测量端口包含至少两个接收器通道，以提供绝对幅度和绝对相位关系。在系统的具体测量端口处提供的宽带信号被分到几个子频带中，其中，单独地分析每个子频带并将每个子频带与所提供的信号的平行基准频带相比较。针对所有子频带重复上述测量。该测量方法是非常耗时的，因此不是吸引人的用于分析宽带信号的方法。此外，这些测量设备是很重的、耗费空间的、结构复杂的和高成本的，从而这些测量设备在使用上不灵活。那些测量设备需要校准的测量探针来检测RF信号并将其引导到测量设备中。那些探针导致测量误差并影响RF信号的特性，例如由探针因其寄生电参数而造成的传输损耗和反射损耗所引起。尤其在RF信号的检测期间探针及其对应电缆的移动导致不能校正或修正的所述测量误差和不准确。网络分析器或示波器的准确度在测量信号幅度的2％和3％之间。由于它们的复杂设置，这样的测量设备包括不可接受的自举时间。由于所包括的多个模块，因此那些测量设备具有高的测量延迟，从而导致极大的测量时间，尤其是对于小功率的输入RF信号。另一种获得RF信号的信号参数的方式是使用特定的信号传感器。例如，对RF信号的电功率值的检测通过使用所谓的功率检测传感器(其例如从DE102008052335A1所获知)来实现。如今主要存在两种不同类型的功率检测传感器，即基于二极管的检测传感器和基于热的检测传感器。那些检测传感器直接联接到RF信号源并在其输出端提供电功率值。不利地，这样的传感器的使用很受限于非常特定的信号幅度。利用这样的检测器不能正确地检测平均功率低于100皮瓦(-70dBm)的信号。尤其，用于感测小于-20dBm的功率信号的传感器或检测器由于其噪声依赖性而需要噪声补偿方案。那些噪声补偿通常通过在检测器的输出端处减小测量带宽来实现。因此可以在特定量的测量时间中仅测量RF信号。因此，在不具有显著测量误差或显著测量时间的情况下，无法实现具有高的动态功率范围的RF信号的功率检测。因此，目的是提供克服上述问题和缺点的传感器。尤其需要可用于分析宽带射频信号而不具有测量结果不准确的高风险以及不利用耗时的测量方法的传感器。尤其需要可用于分析小功率信号以及高功率信号而不利用耗时的测量方法的传感器。尤其需要可配置用于特定测量任务且为容易的进一步信号分析提供RF信号的信号参数的传感器。该传感器应当提供在远程设备或后续设备中容易处理的而无需进一步计算的信号参数。尤其需要降噪传感器，该降噪传感器准确地检测具有很小功率值(例如低于-50dBm)的信号，而无需耗时的测量方法或复杂的结构。
技术实现思路
上述目的尤其通过用于至少提供射频信号参数的变频传感器来解决，该射频信号参数尤其为电功率值。该传感器包括模拟接收部，该模拟接收部用于使用本地振荡器频率将输入信号转换为相应的模拟I/Q值。该模拟接收部优选地以本地振荡器频率、使用I/Q解调方案转换输入信号。因此，RF输入信号被转换为相应的同相分量(下文称为I值)和正交相位分量(下文称为Q值)。因此转换后的I/Q值信号为包括输入信号的幅度信息和相位信息的复合值信号。该传感器还包括模数转换单元，该模数转换单元用于将模拟I/Q值转换为数字I/Q值。附加地，该传感器包括数字处理单元，该数字处理单元包括用于选择RF输入信号的频带的可调滤波单元。优选地，该传感器可以在两种模式下操作。在所谓的将RF输入信号转换到中频的第一操作模式下，两个接收带(下边带和上边带)对于每个本地振荡器频率都是可用的。为了避免两个接收带的下变频信号在中频范围内的叠加，必须抑制一个接收带。这通过I/Q解调方案来实现。在传感器的所谓的第二操作模式下，对于特定的本地振荡器频率，存在仅一个接收带。使用I/Q解调方案，两个边带可以很容易被分离，这是因为它们不是复共轭的。为了进一步处理数字I/Q值，选择仅一个边带。此外，滤波单元对数字I/Q值进行滤波，其中，滤波器曲线的带宽和类型是可调的，从而选择RF输入信号的期望频带，而在该频带内不存在单个信号频率的失真或不切断RF信号的期望频率分量。滤波器带宽是可调的，其中，可以利用与选择宽带输入滤波器时相同的高准确度对小频带输入信号进行滤波。在高功率的RF输入信号的情况中，可调滤波单元的使用使得传感器可操作用于高度动态范围的输入信号。数字处理单元还包括计算单元，该计算单元用于从选择的边带的数字I/Q值计算至少电功率值。该计算单元因此优选地获得至少平方单元，该平方单元用于对I值和Q值进行数学上的平方运算。为了从相应的I/Q值获得电功率值，必须将平方的I值与其对应的平方的Q值相加。相应的功率值是包络功率值或至少与RF输入信号的包络功率值成比例的值。有利地，使用数字处理方案而非使用根据现有技术的具有非线性特性的基于二极管的传感元件，来获得该功率值。那些基于二极管的传感元件由于其非线性行为而产生不想要的频率分量，这些不想要的频率分量在复杂的滤波过程中需要被删除以避免测量误差。使用本专利技术的传感器可以避免该复杂的滤波。使用现有技术的传感元件时，不可能使用子带进行分析，原因是那些现有技术的传感元件仅能够测量整体电功率。附加地，传感元件包括较长的测量时间，尤其是在宽带信号用于例如频谱分析器或本专利技术的传感器设备时。数字处理单元的计算单元优选地包括积分单元，该积分单元布置在平方单元的下游。在积分单元的输出端处获得平均功率值。积分时段优选地等于输入信号的包络的一个时间周期或其整数倍。优选地，数字处理单元的计算单元还包括平均单元，该平均单元布置在积分单元的下游以获得平均化的功率值，该平均化的功率值是通过在数字I/Q值的不同子集处创建一系列平均功率值而分析获得的平均功率值的计算。对获得的一系列平均功率值求平均以获得平均化的平均功率值。数字处理单元优选地是数字信号处理器(DSP)或数字中央处理单元(CPU)。变频传感器有利地用于功率检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于至少提供射频信号参数的变频传感器，所述射频信号参数尤其为电功率值，所述变频传感器包括：‑模拟接收部，所述模拟接收部用于使用本地振荡器频率将输入信号转换为相应的I/Q值；‑模数转换单元，所述模数转换单元用于将相应的模拟I/Q值转换为数字I/Q值；以及‑数字处理单元，所述数字处理单元包括：‑可调滤波单元，所述可调滤波单元用于选择所述射频信号的频带；和‑计算单元，所述计算单元用于从选择的所述频带的I/Q值至少计算电功率值。

【技术特征摘要】
2014.10.06 US 62/060,189;2015.01.19 US 14/599,9871.一种用于至少提供射频信号参数的变频传感器，所述射频信号参数尤其
为电功率值，所述变频传感器包括：
-模拟接收部，所述模拟接收部用于使用本地振荡器频率将输入信号转换为
相应的I/Q值；
-模数转换单元，所述模数转换单元用于将相应的模拟I/Q值转换为数字I/Q
值；以及
-数字处理单元，所述数字处理单元包括：
-可调滤波单元，所述可调滤波单元用于选择所述射频信号的频带；和
-计算单元，所述计算单元用于从选择的所述频带的I/Q值至少计算电
功率值。
2.根据权利要求1所述的变频传感器，其中，所述变频传感器至少在第一
操作模式和第二操作模式下能够操作，并且，所述变频传感器在所述第一操作
模式和所述第二操作模式之间能够切换。
3.根据权利要求2所述的变频传感器，其中，所述第一操作模式是利用所
述变频传感器的中频的正常接收模式，所述第二操作模式是下变频到零赫兹的
单个接收带接收模式。
4.根据权利要求2所述的变频传感器，其中，针对带宽高于中频的带宽的
输入信号和/或针对电功率值大于预定阈值的输入信号，选择所述第二操作模式。
5.根据权利要求1所述的变频传感器，其中，所述数字处理单元还包括频
移单元，所述频移单元用于利用中频信号对所述数字I/Q值进行数字化移位，且
其中，所述频移单元布置在所述模数转换单元和所述滤波单元之间。
6.根据权利要求5所述的变频传感器，其中，所述频移单元在所述变频传
感器的第一操作模式下被激活。
7.根据权利要求1所述的变频传感器，其中，所述模拟接收部包括抗混叠
滤波器，其中，所述抗混叠滤波器在所述变频传感器的第一操作模式下被激活。
8.根据权利要求1所述的变频传感器，其中，所述变频传感器还包括本地
频率振荡器信号接口，所述本地频率振荡器信号接口用于施加本地振荡器频率
信号。
9.根据权利要求1所述的变频传感器，其中，所述变频传感器包括用于施
加所述输入信号的第一信号接口，用于至少提供所述输入信号的所述电功率值
的第二信号接口，以及用于为进一步信号分析提供所述数字I/Q值的至少第三接
口。
10.根据权利要求9所述的变频传感器，其中，所述变频传感器包括用于
提供和/或施加系统时钟信号和/或触发信号和/或基准信号的第四接口。
11.根据权利要求1所述的变频传感器，其中，所述变频传感器借助双向
数据接口获得所述变频传感器的能量供应，所述双向数据接口优选地为通用串
行总线接口和/或局域网接口。
12.根据权利要求1所述的变频传感器，其中，所述变频传感器借助基于
网络的接口提供所述电功率值。
13.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：托拉夫·布拉特菲施，迈克尔·卡策尔，库尔特·施密特，马塞尔·特伦哈特，托马斯·雷歇尔，
申请(专利权)人：罗德施瓦兹两合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE