随着现代频谱仪数字中频处理技术的发展和应用,使其在通信、航天、计量以及军工各个领域中的使用愈加广泛。不仅使数字信号解调成为可能,并且为模拟调制信号的解调提供的更优秀的方法。同时,对于发射机和频综源的频率及相位稳定时间,也可以进行精确的分析。
信号的矢量表述方法
理解信号的矢量表达以及IQ信号的概念,是现代频谱分析和信号分析理解和应用的基础。作为一个图解工具,矢量是一个直角坐标系中的旋转的箭头。箭头的长度代表信号的峰值幅度。逆时针旋转方向为正方向。箭头与横轴正半轴的夹角为相位。信号周期对应于箭头旋转一周的时间。信号每秒钟完成旋转的次数对应于信号频率。
信号矢量在纵轴上的投影长度等于信号的峰值幅度乘以相位正弦值,因此,如果信号是一个正弦波,该投影就对应于信号的瞬时幅度(见图1)。
图1 时域表述的正弦波与矢量信号的对应关系
图2 频谱仪中频信号处理原理图
用矢量表述信号,可以完整地描述信号的幅度、频率和相位。因此,在信号分析中,我们常把信号进行矢量分解,也就是将信号分解为频率相同、峰值幅度相同但相位相差90的两个分量。通常,我们采用一个正弦信号(Asinwt)和一个余弦信号(Acoswt)描述这两个分量,其中余弦分量被称为同相分量,即I分量;正弦分量被称为正交分量,即Q分量。
频谱仪数字中频处理技术
输入频谱仪的射频信号经过混频后变为中频信号IF,再经过带通滤波器(中频滤波器)进入A/D转换器。在数字处理部分,对下变频为基带的IQ信号进行低通滤波和欠采样,存储在内存中,准备进一步处理,存储的数据表述IQ信号的电压值。
在频谱仪设置过程中,模拟中频滤波器带宽为IFBW,数字处理部分的低通滤波器带宽为解调带宽。欠采样使IQ信号的采样率除以2的n次方,当解调带宽较窄时,过高的采样速率是毫无意义的。