一种信号采集设备中射频接收通道增益设置的方法

技术领域

本发明属于射频技术领域，具体涉及一种采集回放设备中射频接收通道增益设置的策略。

背景技术

射频信号采集回放系统能将外界突发的信号、负责的电磁环境在实验室环境下重现，能够大大提高测试有效性、完备性。射频接收通道是采集回放设备最重要的组成部分，其灵敏度和动态特性，严重制约着采集回放设备的性能。而接收通道增益对接收灵敏度和动态特性都有重要影响，不适当的接收增益配置，会导致小信号无法采集或大信号回放失真。目前采集回放设备增益控制分为手动或自动两种模式。自动增益控制时，会使得幅度调制信号信息丢失，而手动增益控制时，又不确定增益配置是否合适。因此，研究采集回放设备中射频接收通道的增益控制策略具有十分重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种信号采集设备中射频接收通道增益设置的方法，该方法能够实现接收灵敏度和动态范围的平衡。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种信号采集设备中射频接收通道增益设置的方法，包括以下步骤：

S1、建立接收通道增益和射频衰减器、一中衰减器、二中衰减器衰减量的映射关系，存储为表1增益配置表，每个增益值都对应具体的射频、一中和二中的衰减值；后续测试时，上位机软件根据界面上设置的增益值，通过增益配置表的映射关系，直接得到各数控衰减器的衰减值，并设置使其生效；

S2、在接收通道工作频率范围内，以20MHz频率为步进，建立表2测量表，测试记录各工作频率下，接收通道的噪声系数和三阶截点值；

S3、建立优化目标FOM为动态范围和灵敏度的差，根据理论模型，将其转换为FOM和噪声系数及三阶截点值的关系；根据接收机理论，

接收灵敏度S＝-174+NF+10log(BW)+SNR，

其中NF为噪声系数，单位为dB、BW为带宽，单位为Hz、SNR为解调需要的信噪比，单位为dB，

无杂散动态范围SFDR＝2(IIP3-Nfloor)/3,

其中IIP3为输入三阶截点值，单位为dBm，Nfloor为底噪，单位为dBm，

因此FOM＝SFDR–S＝2(IIP3-Nfloor)/3–(-174+NF+10log(BW)+SNR)，对于固定的信号、通道和解调算法，Nfloor、BW和SNR为固定值，等效FOM_E＝2IIP3/3-NF，仅由IIP3和NF两个变量确定；将表2测量获得的IIP3和NF数据带入上述FOM_E公式即可计算出各频率在不同增益下FOM_E的值，保存为表3优化表；

S4、通过查找表3数据，求解不同频率下，等效FOM_E的极值及其对应的增益；再通过表1映射关系，获得射频衰减、一中衰减和二中衰减的值，该配置即为接收通道在对应工作频率下的最优增益配置。

作为优选方案，所述射频接收通道包括依次连接的输入端口、射频滤波器、低噪声放大器、射频衰减器、一级混频器、一中滤波器、一中放大器、一中衰减器、二级混频器、二中滤波器、二中放大器、二中衰减器、输出放大器、中频滤波器和输出端口，所述一级混频器还连接有滤波器和一本振，所述二级混频器还连接有滤波器和二本振，且一本振和二本振均采用同一个参考时钟信号；所述上位机通过MCU芯片的SPILO1引脚提供一本振控制信号，SPILO2引脚提供二本振控制信号，TLLATT引脚提供衰减控制信号。

作为优选方案，所述射频接收通道的工作频率为FS，中频频率为FI，射频衰减值为0～15，一中和二中衰减值为0～31。

作为优选方案，所述噪声系数测试过程如下：

a)上位机软件按表2中频率FS及接收通道变频模式正确设置噪声系数测试仪；

b)设置接收通道增益为0；

c)等测试结果稳定后，上位机读取此增益下各频率对应的噪声系数；

d)设置增益为表2中下一个增益值，重复步骤c)，直至完成增益值0～77遍历。

作为优选方案，噪声系数测试时，射频接收通道的输入端口和输出端口均连接至噪声仪，且上位机分别连接噪声仪和射频接收通道的控制端口，所述的射频接收通道还连接有晶振。

作为优选方案，所述三阶截点值测试过程如下：

a)上位机软件设置接收通道增益为0；

b)上位机软件按表2中频率FS及接收通道中频频率FI，设置双音信号源输出单音，频率为FS，设置频谱仪中心频率为FI，等信号稳定后，上位机读取此时频谱仪中心频点处信号幅度，记为Us；

c)设置双音信号源频率分别为FS+1MHz和FS+2MHz，调整信号源输出功率，使频谱仪中心频点处信号幅度到达Us，记此时信号源每个信号的幅度为Uj，三阶截点值IIP3计算公式为：IIP3＝3Uj/2-Us/2；

d)切换频率至下一个值，重复步骤b)和c)，直至遍历所有工作频率，完成当前增益值下，所有工作频率时接收通道的输入三阶截点值；

e)设置增益为下一个值，重复步骤b)、c)和d)，直至遍历所有增益值，最终获得表2完整参数测量。

作为优选方案，三阶截点值测试时，射频接收通道的输入端口与双音信号源连接，射频接收通道的和输出端口连接至频谱仪，且上位机分别连接频谱仪、双音信号源和射频接收通道的控制端口，所述的射频接收通道还连接有晶振。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中涉及的参数测量可以使用上位机软件自动模式测试完成，提高了信号采集设备的适应性，扩展了其使用场景。本发明同时考虑灵敏度和动态特性，使采集回放设备具备同时采集大小信号的能力，大大提高对外界电磁环境的适应性。本发明中增益控制为手动方式，一旦确定后就不会自动调整，因而支持调幅信号的采集回放。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明射频接收通道的具体结构示意图；

图2为本发明射频接收通道进行噪声系数测试时的结构示意图；

图3为本发明射频接收通道进行三阶截点值测试时的结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。

此外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种信号采集设备中射频接收通道的硬件结构如下，包括依次连接的输入端口、射频滤波器、低噪声放大器、射频衰减器、一级混频器、一中滤波器、一中放大器、一中衰减器、二级混频器、二中滤波器、二中放大器、二中衰减器、输出放大器、中频滤波器和输出端口，所述一级混频器还连接有滤波器和一本振，所述二级混频器还连接有滤波器和二本振，且一本振和二本振均采用同一个参考时钟信号；所述上位机通过MCU芯片的SPILO1引脚提供一本振控制信号，SPILO2引脚提供二本振控制信号，TLLATT引脚提供衰减控制信号。

所述射频接收通道的工作频率为FS，中频频率为FI，射频衰减值为0～15，一中和二中衰减值为0～31。

一种信号采集设备中射频接收通道的增益设置的方法，包括以下步骤：

S1、建立接收通道增益和射频衰减器、一中衰减器、二中衰减器衰减量的映射关系，存储为表1增益配置表，每个增益值都对应具体的射频、一中和二中的衰减值；后续测试时，上位机软件根据界面上设置的增益值，通过增益配置表的映射关系，直接得到各数控衰减器的衰减值，并设置使其生效。

表1增益配置表

S2、在接收通道工作频率范围内(以常用频段30MHz～6000MHz为例)，以20MHz频率为步进，建立表2测量表，测试记录各工作频率下，接收通道的噪声系数和三阶截点值。噪声系数和三阶截点值按图2和图3所示硬件连接进行测量。上位机支持自动和手动测试模式，测试过程相同，区别在于手动模式需要人工参与，操作信号源、频谱仪、噪声系数测试仪，而自动模式则由上位机软件控制上述仪器，测试过程中不需要人工参与，该模式是本案中较优的实现形式。以下以自动测量模式简述噪声系数和三阶截点值测量的操作过程。

表2测量表

所述射频接收通道进行噪声系数测试时，射频接收通道的输入端口和输出端口均连接至噪声仪，且上位机分别连接噪声仪和射频接收通道的控制端口，所述的射频接收通道还连接有晶振。所述噪声系数测试过程如下：

a)上位机软件按表2中频率FS及接收通道变频模式正确设置噪声系数测试仪；

b)设置接收通道增益为0；

c)等测试结果稳定后，上位机读取此增益下各频率对应的噪声系数；

d)设置增益为表2中下一个增益值，重复步骤c)，直至完成增益值0～77遍历。

所述射频接收通道进行三阶截点值测试时，射频接收通道的输入端口与双音信号源连接，射频接收通道的和输出端口连接至频谱仪，且上位机分别连接频谱仪、双音信号源和射频接收通道的控制端口，所述的射频接收通道还连接有晶振。

所述三阶截点值测试过程如下：

a)上位机软件设置接收通道增益为0；

b)上位机软件按表2中频率FS及接收通道中频频率FI，设置双音信号源输出单音，频率为FS，设置频谱仪中心频率为FI，等信号稳定后，上位机读取此时频谱仪中心频点处信号幅度，记为Us；

c)设置双音信号源频率分别为FS+1MHz和FS+2MHz，调整信号源输出功率，使频谱仪中心频点处信号幅度到达Us，记此时信号源每个信号的幅度为Uj，三阶截点值IIP3计算公式为：IIP3＝3Uj/2-Us/2；

d)切换频率至下一个值，重复步骤b)和c)，直至遍历所有工作频率，完成当前增益值下，所有工作频率时接收通道的输入三阶截点值；

e)设置增益为下一个值，重复步骤b)、c)和d)，直至遍历所有增益值，最终获得表2完整参数测量。

S3、建立优化目标FOM为动态范围和灵敏度的差，根据理论模型，将其转换为FOM和噪声系数及三阶截点值的关系；根据接收机理论，

接收灵敏度S＝-174+NF+10log(BW)+SNR，

其中NF为噪声系数，单位为dB、BW为带宽，单位为Hz、SNR为解调需要的信噪比，单位为dB，

无杂散动态范围SFDR＝2(IIP3-Nfloor)/3,

其中IIP3为输入三阶截点值，单位为dBm，Nfloor为底噪，单位为dBm，

因此FOM＝SFDR–S＝2(IIP3-Nfloor)/3–(-174+NF+10log(BW)+SNR)，对于固定的信号、通道和解调算法，Nfloor、BW和SNR为固定值，等效FOM_E＝2IIP3/3-NF，仅由IIP3和NF两个变量确定；将表2测量获得的IIP3和NF数据带入上述FOM_E公式即可计算出各频率在不同增益下FOM_E的值，保存为表3优化表。

表3优化表

S4、通过查找表3数据，求解不同频率下，等效FOM_E的极值及其对应的增益；再通过表1映射关系，获得射频衰减、一中衰减和二中衰减的值，该配置即为接收通道在对应工作频率下的最优增益配置。

本发明的方法通过联合控制射频衰减器、一中衰减器和二中衰减器，可以获得不同的接收通道增益，从而影响灵敏度和动态特性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。