一种频谱探测装置以及探测方法
阅读说明：本技术 一种频谱探测装置以及探测方法 (Frequency spectrum detection device and detection method ) 是由 何林 孟祥辉 梁晓卓 霍东华 于 2021-09-11 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种频谱探测装置以及探测方法,其中频谱探测装置包括信号接收端、可控混频单元、接收单元和处理单元；信号接收端用于接收待测信号；可控混频单元用于对待测信号进行单级混频,以输出混频输出信号；接收单元用于分析混频输出信号在预设频率范围内的部分,以输出混频输出信号在预设频率范围内的部分的频率值；处理单元分别连接可控混频单元和接收单元,用于获取混频输出信号在预设频率范围内的部分的频率值,并计算待测信号唯一的频率值；还用于在无法计算所述待测信号唯一的频率值时调节可控混频单元中与待测信号进行混频的信号的频率值。频谱探测装置能够对待测信号进行单级混频,减少了混频器的数量,使得频谱探测装置的体积缩小。(The application relates to a frequency spectrum detection device and a detection method, wherein the frequency spectrum detection device comprises a signal receiving end, a controllable frequency mixing unit, a receiving unit and a processing unit; the signal receiving end is used for receiving a signal to be detected; the controllable frequency mixing unit is used for carrying out single-stage frequency mixing on the signal to be detected so as to output a frequency mixing output signal; the receiving unit is used for analyzing the part of the mixing output signal in the preset frequency range so as to output the frequency value of the part of the mixing output signal in the preset frequency range; the processing unit is respectively connected with the controllable frequency mixing unit and the receiving unit and is used for acquiring the frequency value of part of the frequency mixing output signal in a preset frequency range and calculating the only frequency value of the signal to be measured; and the frequency value of the signal to be measured mixed with the signal to be measured in the controllable mixing unit is adjusted when the unique frequency value of the signal to be measured cannot be calculated. The frequency spectrum detection device can carry out single-stage frequency mixing on the signal to be detected, so that the number of frequency mixers is reduced, and the size of the frequency spectrum detection device is reduced.)
技术领域
本申请涉及频谱分析技术的领域，尤其是涉及一种频谱探测装置以及探测方法。
背景技术
频谱探测装置能够将接收到的输入信号从时域转换至频域，并在频域里显示输入信号的频谱特性。
相关技术中，频谱探测装置内设置有天线接收端、混频单元和多个信号处理单元。天线接收端接收到输入信号后，多个信号处理单元用于对输入信号进行滤波、限幅、衰减和放大等处理。而后，混频单元对经处理后的输入信号进行多级混频，以得到中频的输入信号，进而经检波后在显示屏中显示出与输入信号对应的频谱图。
但是，由于需要多个混频芯片以实现多级混频，故不可避免地造成了频谱探测装置体积较大的缺陷，进而不便于用于携带。
发明内容
为了提高频谱探测装置的便携性，本申请提供了一种频谱探测装置、自动校准装置以及检测方法。
第一方面，本申请提供一种频谱探测装置，采用如下的技术方案：
一种频谱探测装置，包括信号接收端、可控混频单元、接收单元和处理单元；
信号接收端用于接收待测信号；
可控混频单元连接所述信号接收端，用于对待测信号进行单级混频，以输出混频输出信号；
接收单元连接所述可控混频单元，用于接收并分析所述混频输出信号在预设频率范围内的部分，以输出混频输出信号在预设频率范围内的部分的频率值；
处理单元分别连接所述可控混频单元和接收单元，用于获取混频输出信号在预设频率范围内的部分的频率值，并计算所述待测信号唯一的频率值，以输出结果信号；还用于在无法计算所述待测信号唯一的频率值时调节所述可控混频单元中与所述待测信号进行混频的信号的频率值。
通过采用上述技术方案，频谱探测装置能够对待测信号进行单级混频，相较于相关技术中的多级混频，减少了混频器的数量，使得频谱探测装置的体积缩小，进而提高了频谱探测装置的便携性。
可选的，所述可控混频单元包括本振信号发生器和混频器；
所述本振信号发生器用于输出不同频率的本地振荡信号；
所述混频器分别连接所述信号接收端和所述本振信号发生器，用于接收所述待测信号和所述本地振荡信号，并将所述待测信号与所述本地振荡信号进行混频，以输出混频输出信号；
所述处理单元连接所述本振信号发生器，用于在无法计算得到所述待测信号唯一的频率值时调节本地振荡信号的频率。
通过采用上述技术方案，处理单元能够控制本振信号发生器输出不同频率的本地振荡信号，以使混频器输出的混频输出信号的频率在指定频率范围内，进而便于处理单元进行解调以得到待测信号唯一的频率值。
可选的，所述处理单元还用于调节所述预设频率范围。
通过采用上述技术方案，调节预设频率范围能够改变频谱探测装置的探测范围，便于工作人员使用。
可选的，还包括信号处理单元，所述信号处理单元连接所述信号接收端和所述混频器，用于对待测信号进行处理。
通过采用上述技术方案，信号处理单元能够对待测信号进行滤波、限幅、可调衰减、放大和等常规处理，以便于混频。
可选的，还包括显示单元，所述显示单元连接所述处理单元，用于根据所述待测信号的频率值实时显示所述待测信号的频谱。
通过采用上述技术方案，工作人员能够通过显示单元查看待测信号的频谱，便于工作人员使用。
可选的，所述处理单元连接有供电单元、调节按键和旋转编码器。
通过采用上述技术方案，供电单元能够提供电源，调节按键能够调节显示单元中的频谱图像，旋转编码器能够调节本地振荡信号的频率。
可选的，还包括通信单元，所述通信单元连接所述处理单元。
通过采用上述技术方案，通信单元能够供工作人员进行远程操作，也能够传输数据等，继而便于使用。
第二方面，本申请提供一种信号频率的探测方法，采用如下的技术方案：
一种信号频率的探测方法，获取混频输出信号处于预设频率范围内的部分信号的频率值，所述混频输出信号是信号接收端接收到的待测信号经过与本地振荡信号混频得到的信号；
根据所述混频输出信号处于预设频率范围内的部分信号的频率值以及所述本地振荡信号的频率值确定所述待测信号的频率值。
通过采用上述技术方案，使得频谱探测装置利用单级混频能够确定待测信号的频率值，以减少了混频器的数量，使得频谱探测装置的体积缩小，进而提高了频谱探测装置的便携性。
可选的，所述根据所述混频输出信号处于预设频率范围内的部分信号的频率值以及所述本地振荡信号的频率值确定所述待测信号的频率值的方法包括：
根据所述混频输出信号处于预设频率范围内的部分信号的频率值以及所述本地振荡信号的频率值计算所述待测信号的频率值；
判断所述待测信号的频率值是否是唯一的；
若否，则调节所述本地振荡信号的频率值，根据计算得到的所述待测信号的频率值的变化确定所述待测信号唯一的频率值。
通过采用上述技术方案，由于待测信号的频率是未知的，故通过计算得到的待测信号的频率值可能不是唯一的，因此需要从计算得到的频率值中确定唯一一个频率值。上述技术方案通过调节本地振荡信号的频率值并依据计算得到的频率值的变化能够确定唯一的频率值，能够准确测得待测信号的频率值。
可选的，根据所述待测信号的频率范围及预设频率范围确定本地振荡信号的频率。
通过采用上述技术方案，使得待测信号与本地振荡信号混频后能够得到频率处于预设频率范围内的混频输出信号，进而便于测得待测信号的频率值。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
频谱探测装置能够对待测信号进行单级混频，相较于相关技术中的多级混频，减少了混频器的数量，使得频谱探测装置的体积缩小，进而提高了频谱探测装置的便携性。
附图说明
图1是本申请实施例的频谱探测装置的系统示意图。
图2是本申请实施例的信号频率探测方法的流程示意图。
图3是本申请实施例的自动校准装置的系统示意图。
附图标记说明：1、信号接收端；2、信号处理单元；3、可控混频单元；31、本振信号发生器；32、混频器；4、接收单元；5、处理单元；6、显示单元；7、供电单元；8、调节按键；9、旋转编码器；10、通信单元；11、射频信号源；12、校准控制单元。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例公开一种频谱探测装置。参照图1，频谱探测装置包括信号接收端1、信号处理单元2、可控混频单元3、接收单元4、处理单元5和显示单元6，其能够检测一个信号的频率，并且以频谱图的形式进行展现。不仅如此，本申请实施例中的频谱探测装置体积较小，具有较好的便携性。
其中，信号接收端1用于接收待测信号，可以为接收天线，当然也可以直接接收无线信号。其中，待测信号的频率值处于指定频率范围内，指定频率范围为预先设定的频率范围。
信号处理单元2连接信号接收端1，接收待测信号，用于对待测信号进行处理，以输出输入信号。具体的，信号处理单元2包括滤波器、限幅器、可调衰减器和低噪声放大器等，以对待测信号进行滤波、限幅、可调衰减和放大等处理，进而增大输入信号的动态范围。当然，信号处理单元2还包括静电阻抗器以进行静电防护。
可控混频单元3连接信号处理单元2，接收输入信号，用于对输入信号进行单级混频，以输出混频输出信号。
可以了解的是，可控混频单元3包括本振信号发生器31和混频器32。其中，本振信号发生器31用于输出不同频率的本地振荡信号；混频器32分别连接信号处理单元2和本振信号发生器31，接收输入信号，用于将输入信号与本地振荡信号混频，以输出混频输出信号。这使得频率处于不同指定频率范围内的待测信号与不同频率的本地振荡信号混频后能够得到频率处于预设频率范围内的混频输出信号，以便于接收单元4进行处理。在本申请实施例中，本振信号发生器31可以选用可调谐本地振荡器。当然，本振信号发生器31与混频器32还可集成于一体。
接收单元4连接可控混频单元3，预设有一定的频率范围，以接收混频输出信号中频率处于预设频率范围内的部分。具体的，由于接收单元4主要接收的是数字/模拟信号，故接收单元4可以采用I0接收机。
为了便于理解，现以一个具体的示例进行说明：假设待测信号的频率为ω1，本振信号发生器31输出的本地振荡信号的频率值为ω2，由 可以得知：混频输出信号包括频率为ω1+ω2的子信号和频率为|ω1-ω2|的子信号。其中，ω1+ω2和|ω1-ω2|的数值存在两种关系：一种关系是ω1+ω2和|ω1-ω2|的数值接近，即均处于预设频率范围内，使得接收单元4能够同时接收到频率为ω1+ω2的子信号和频率为|ω1-ω2|的子信号。另一种关系是ω1+ω2和|ω1-ω2|的数值相差较大，即一个频率值处于预设频率范围内，另一个频率值不处于预设频率范围内，使得接收单元4只能接收频率为ω1+ω2的子信号或频率为|ω1-ω2|的子信号。
在本申请中，接收单元4能够接收到的预设频率范围为200MHz～800MHz。若ω1＝4.5GHz，ω2＝4GHz，则ω1+ω2＝8.5GHz，|ω1-ω2|＝500MHz；若ω1＝200.1MHz，ω2＝200MHz，则ω1+ω2＝400.1MHz，|ω1-ω2|＝100Hz；若ω1＝500MHz，ω2＝150MHz，则ω1+ω2＝650MHz，|ω1-ω2|＝350MHz。显而易见，接收单元4能够接收频率为ω1+ω2的子信号和/或频率为|ω1-ω2|的子信号。
接收单元4用于分析混频输出信号中频率处于200MHz～800MHz的部分，以输出混频输出信号中频率处于200MHz～800MHz的部分的频率值。
处理单元5分别连接信号处理单元2、可控混频单元3和接收单元4，用于获取混频输出信号中频率处于200MHz～800MHz的部分的频率值，并计算待测信号唯一的频率值，以输出结果信号。
值得说明的是，当处理单元5接收到频率值为ω1+ω2的子信号，通过计算ω1＝ω1+ω2-ω2即可得出待测信号的频率值ω1。需要注意的是，当处理单元5同时接收到频率值为ω1+ω2的子信号和频率为|ω1-ω2|的子信号时，由于ω1＞0，ω2＞0，所以ω1+ω2＞|ω1-ω2|，故处理单元5获取的频率值中较高的子信号即为频率为ω1+ω2的子信号。
可以了解的是，当处理单元5只接收到频率值为|ω1-ω2|的子信号时，由于处理单元5无法判断ω1和ω2的大小关系，故处理单元5经计算得出的待测信号的频率值ω1有两个，无法确定实际上待测信号的频率值ω1是多少。为此，当处理单元5只接收到频率为|ω1-ω2|的子信号时，处理单元5还用于调节本振信号发生器31输出本地振荡信号的频率值。
下面以一个具体的示例进行说明：
若ω1＝2.4GHz，ω2＝2GHz，则|ω1-ω2|＝400MHz；
若ω1＝1.6GHz，ω2＝2GHz，则|ω1-ω2|＝400MHz。
上述说明了当处理单元5接收到频率为400MHz的子信号，处理单元5无法判断待测信号的频率值ω1是2.4GHz还是1.6GHz。
此时，处理单元5调节本地振荡信号的频率至1.9GHz，则有：
若ω1＝2.4GHz，ω2＝1.9GHz，则|ω1-ω2|＝500MHz；
若ω1＝1.6GHz，ω2＝1.9GHz，则|ω1-ω2|＝300MHz。
显而易见，若ω1＞ω2，则|ω1-ω2|变大；若ω1＜ω2，则|ω1-ω2|变小。由此可知，经处理单元5对本地振荡信号的频率调节后，若处理单元5检测到|ω1-ω2|变大，则ω1＝2.4GHz，若检测到|ω1-ω2|变小，则ω1＝1.6GHz。
反之，处理单元5还可以将本地振荡信号的频率调大。在这种情况下，若处理单元5检测到|ω1-ω2|变小，则ω1＝2.4GHz，若检测到|ω1-ω2|变大，则ω1＝1.6GHz。
需要注意的是，当处理单元5无法确定实际上待测信号的频率值ω1是多少时，处理单元5只需要小幅度调节本地振荡信号的频率即可，以保证接收单元4还能够接收到频率为|ω1-ω2|的子信号。
显示单元6连接处理单元5，接收结果信号，用于根据待测信号的频率值实时显示待测信号的频谱。具体的，显示单元6连接有用于驱动显示单元6工作的显示驱动芯片。在本申请实施例中，显示单元6优选为液晶显示屏，其分辨率为800*480。
除此之外，处理单元5还连接有供电单元7、调节按键8和旋转编码器9。其中，供电单元7用于为处理单元5供电；调节按键8用于供工作人员操作，以调节显示的频谱图像；旋转编码器9能够供工作人员手动调节本地振荡信号的频率。
不仅如此，为了便于工作人员远程操作，处理单元5还连接有通信单元10。
在本申请中，处理单元5优选为MCU。
图2为本申请一种实施例提供的一种信号频率的探测方法的流程图。
如图2所示的一种信号频率的检测方法，包括：
步骤S101：获取混频输出信号处于预设频率范围内的部分信号的频率值，混频输出信号是信号接收端接收到的待测信号经过与本地振荡信号混频得到的信号；
参照图1和图2，可以理解的是，本申请中的频率探测装置能够探测的频率范围跨度较大，不便于接收单元4分析待测信号的频率值ω1。为此，可以将频率探测装置能够探测的频率范围划分为多个频率段。具体的，本申请频率探测装置能够探测的频率范围为30MHz～6GHz，将频率探测装置能够探测的频率范围可以进一步划分为：0Hz～720MHz，720MHz～1.44GHz，......此处不对划分频率段的方式作限定。
在划分多个频率段后，信号接收端1接收待测信号时按照每个频率段依次对待测信号进行分析，以判断每个频率段中待测信号所具有的频率值ω1。
值得说明的是，由于接收单元4只能接收到频率为200MHz～800MHz的信号，故对于频率值ω1处于任一频率段内的待测信号，都需要与相对应频率的本地振荡信号进行混频。为此，根据待测信号的频率范围及预设频率范围可确定本地振荡信号的频率值。
具体的，针对每一频率段都预设有一个相应的频率档位，以便于待测信号与不同频率的本地振荡信号混频。
其中，虽然待测信号的频率值ω1是需要进行探测的，但是待测信号的频率值ω1是处于已知的频率范围中的。具体的，假设待测信号的频率值ω1所在的指定频率范围为ωa～ωb，首先计算ω1+ω2和|ω1-ω2|，具体的，ω1+ω2＝(ωa+ω2)～(ωb+ω2)，|ω1-ω2|＝(ωa-ω2)～(ωb-ω2)，又知接收单元4能够接收频率为200MHz～800MHz的信号，故能够得知：
一、当待测信号的频率值ω1较低时，计算本地振荡信号的频率值ω2的方式优选为：ω2＝ωa+ω2-ωa或是ω2＝ωb+ω2-ωb。；
二、当待测信号的频率值ω1较高时，计算本地振荡信号的频率值ω2的方式优选为：若ωa＞ω2，则ω2＝ωa-(ωa-ω2)或者ω2＝ωb-(ωb-ω2)。若ωb＜ω2，则ω2＝ω2-ωb+ωb或者ω2＝ω2-ωa+ωa。
为了便于理解，以一个具体的示例进行说明：若ωa＝2.2GHz，ωb＝2.8GHz，则ω2＝2GHz；也可以是ωa＝1.2GHz，ωb＝1.SGHz，则ω2＝2GHz，以使得处于ωa～ωb内的待测信号的频率值ω1无论多大，在与频率值为2GHz的本地振荡信号混频后，混频输出信号中都具有频率值处于200MHz～800MHz内的部分。
总之，预设的多个频率档位可以是1GHz、2GHz、3GHz、......当然，还可以有其他的预设方案，此处不再作过多说明。
根据上面的介绍，可以了解的是，混频后所得到的混频输出信号包括频率为ω1+ω2的子信号和频率为|ω1-ω2|的子信号。
由于接收单元4预设有能够接收到的频率范围，故接收单元4只能接收频率处于200MHz～800MHz的信号。其中，根据待测信号的频率值ω1和本地振荡信号的频率值ω2所得到的混频输出信号会出现只有ω1+ω2处于200MHz～800MHz内的情况，也会出现只有|ω1-ω2|处于200MHz～800MHz内的情况，还会出现ω1+ω2和|ω1-ω2|都处于200MHz～800MHz内的情况。无论接收单元4接收到的是ω1+ω2、|ω1-ω2|还是ω1+ω2和|ω1-ω2|，都分析并输出与之相对的频率值，以便于处理单元5根据这些频率值计算待测信号的频率值。
步骤S102：根据混频输出信号处于预设频率范围内的部分信号的频率值以及本地振荡信号的频率值确定待测信号的频率值。
可选的，步骤S102包括以下步骤：(步骤S1021～步骤S1024)
步骤S1021：根据混频输出信号处于预设频率范围内的部分信号的频率值以及本地振荡信号的频率值计算待测信号的频率值；
步骤S1022：判断待测信号的频率值是否是唯一的；若是，则执行步骤S1023，若否，则执行步骤S1024：
步骤S1023：确定该频率值为待测信号的频率值。
步骤S1024：调节本地振荡信号的频率值，根据计算得到的待测信号的频率值的变化确定待测信号唯一的频率值。
对于上述不同的情况，处理单元5的计算方式各不相同。
具体的，当处理单元5接收到频率为ω1+ω2的子信号，通过计算ω1＝ω1+ω2-ω2即可得出待测信号的频率值ω1。需要注意的是，当处理单元5同时接收到频率为ω1+ω2的子信号和频率为|ω1-ω2|的子信号时，由于ω1＞0，ω2＞0，所以ω1+ω2＞|ω1-ω2|，故处理单元5获取的频率值中较高的子信号即为频率为ω1+ω2的子信号。
当处理单元5只接收到频率为|ω1-ω2|的子信号时，由于处理单元5无法判断ω1和ω2的大小关系，故处理单元5经计算得出的待测信号的频率值ω1有两个，无法确定实际上待测信号的频率值ω1是多少。为此，当处理单元5只接收到频率为|ω1-ω2|的子信号时，处理单元5小幅度调节本地振荡信号的频率。以调大本地振荡信号的频率为例，若处理单元5检测到|ω1-ω2|变大，则ω1＞ω2，若检测到|ω1-ω2|变小，则ω1＜ω2，这样处理单元5能够确定实际待测信号的频率值ω1。
反之，调小本地振荡信号的频率，处理单元5也能确定唯一的待测信号的频率值ω1，即若处理单元5检测到|ω1-ω2|变小，则ω1＞ω2，若检测到|ω1-ω2|变大，则ω1＜ω2。
可以了解的是，上述接收单元4预先设置的预设频率范围可以根据实际探测需要进行适应性调整。具体的，通过处理单元5即可调节预设频率范围。
在确定待测信号唯一的频率值后，显示单元6能够以频谱图的形式显示频率值，显示形式可以是以每单位时间内的频谱图进行显示，即能够显示出待测信号中每一单位时间内存在的所有频率值。
这里值得说明的是，每个频率段中待测信号所具有的频率值ω1可以有多个。下面以一单位时间内的具体检测过程进行说明：
首先，信号接收端1接收一单位时间内的待测信号，并按照划分的频率段由低频至高频依次对待测信号进行扫描。
而后，在一个频率段中接收到多个频率值时，依次对每个频率的具体值进行探测，探测过程为调节本振信号发生器31至相应的频率档位，以使接收单元4接收并分析每一个部分混频输出信号或每一个完整的混频输出信号，以得到对应的频率值，使得处理单元5进行解调，以得到待测信号的频率值。
最后，得到的频率值通过显示单元6依次显示。
当然，工作人员也可以通过旋转编码器9手动调节本振信号发生器31的频率档位。
可以了解的是，为了使频谱探测装置的探测结果更加准确，频谱探测装置还相应地配置有用于校准的自动校准装置。
参照图3，自动校准装置包括射频信号源11和校准控制单元12。
具体的，射频信号源11连接校准控制单元12，用于在校准控制单元12的控制下输出指定频率的原始信号。可以了解的是，射频信号源11在接入校准控制单元12前，需要连接一个精准功率计，以校准射频信号源11。
频谱探测装置连接射频信号源11，接收原始信号，以输出结果信号。其中，原始信号的频率为ωA，输出的结果信号中所包含的原始信号的频率检测值为ωB。
校准控制单元12通过连接于频谱探测装置上的通信单元10与频谱探测装置连接，接收结果信号，用于在结果信号所反映的频率值与原始信号的指定频率不等时，校准频谱探测装置。即频谱探测装置所检测到的原始信号的频率检测值ωB与原始信号的频率值ωA存在误差时，校准频谱探测装置。其中，校准控制单元12与频谱探测装置可进行有线连接和/或无线连接。
本申请实施例一种频谱探测装置、自动校准装置以及检测方法的实施原理为：通过将频谱探测装置中的可控混频单元3设置为单级混频，使得混频器32的数量减少，进而缩小了频谱探测装置的体积。其中，在一些特殊的情况下，可控混频单元3在进行单级混频的时候所输出的混频输出信号会导致处理单元5无法确定待测信号唯一的频率值。为此，处理单元5微调本地振荡信号的频率值，使得处理单元5能够确定唯一的频率值，进而实现了本申请中频谱探测装置的频率探测功能。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
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