专利名称：用于脉冲测量的装置和方法
技术领域：
本发明涉及脉冲测量，特别是但不局限于所谓的准峰值(quasi-peak)测量。准峰值测量用于检测射频信号的包络线的加权后的峰值。
背景技术：
根据德国专利DE 38 17 500 C1，已知一种用于测量峰值脉冲的测量装置。这种测量装置仅仅测量干扰峰值的最大值，而并不测量准峰值。输入的射频信号由高频接收机接收，并被转换为具有远远大于零频率的特定中心频率的中频带。然后，在该中频带以模拟方式执行脉冲测量。在执行脉冲测量之前，使用特定的中频带通滤波器对射频信号进行过滤。
使用中频部分进行脉冲测量存在如下缺点中频滤波器非常昂贵，并且不容易集成在数字技术中。因此，将射频输入信号直接转换为零中心频率而不是中频带具有若干优点。但是，用于零混合(zero mixing)的模拟混合设备在混合器的输出处需要高通滤波器，以避免直流(DC)分量和其它低频分量传送到模拟/数字转换器。但是，这意味着接近于零频率的频率分量在转换为数字信号之前就已经被删除，因而不能到达数字检测器。这会引起特定的测量失效。
根据德国专利DE 101 03 481 A1，已知一种用于准峰值测量的数字检测器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种装置和方法，使零混合的概念也适用于测量具有接近于零频率的频率分量的峰值脉冲。
由权利要求1的特征和权利要求9的特征可以实现该目的。其中，权利要求1的特征涉及到装置，权利要求9的特征涉及到方法。
根据本发明，应用了频率偏移设备，并以如下方式由控制设备对频率偏移设备进行控制在第一频率范围内执行第一测量，在相对于第一频率范围偏移的第二频率范围内至少执行一个第二测量。因此，本发明的装置和方法至少在不同的频率范围执行两次测量。结果，由模拟混合设备抑制的频率分量不再出现在零频率，因而因此可以对其进行测量。
从属权利要求涉及本发明的进一步扩展。优选地，第一和第二频率范围是重叠的，并且第一和第二频率范围均包括由模拟混合设备所抑制的频率分量的范围。
另外，优选地，测量装置包括布置在频率偏移装置下游的低通滤波器，并且该低通滤波器的截止频率比模拟混合设备所抑制的最高频率高几倍。
现在参考附图描述本发明的优选实施例。其中图1示出了本发明装置的实施例；图2示出了准峰值检测器设备的模拟等效电路；图3示出了准峰值检测器设备的频率特性；图4A-4C示出了用于解释本发明原理的频率图。
具体实施例方式
图1示出了本发明的测量装置1的优选实施例的结构简图，该测量装置1用于测量射频输入信号的峰值脉冲、特别是准峰值。射频输入信号RFinput具有中心频率fRF，将RFinput提供到模拟混合设备2。模拟混合设备2包括混合器3，射频输入信号RFinput和由本机振荡器4产生的本机振荡器信号LO提供到混合器3，并且本机振荡器信号LO具有频率fLO。模拟混合设备2进一步包括用于抑制接近零频率的范围内的频率分量、特别是直流(DC)分量的高通滤波器(HPF)5。模拟/数字(A/D)转换器6与该模拟混合设备2的输出相连，并将模拟信号转换为数字信号。
频率fLO通常恰好等于射频输入信号RFinput的中心频率fRF。根据本发明，频率fLO近似等于射频输入信号RFinput的中心频率fRF。结果，模拟混合设备2将射频输入信号RFinput直接转换为零中心频率。由于没有将射频输入信号RFinput转换为中频，而是直接转换为零频率，因此可以避免昂贵的中频滤波器，并可以显著地减少本发明装置1的总体制造成本。但是，由于模拟混合设备抑制了接近于零频率的频率分量，因此这些频率分量将引起测量结果的失效。根据本发明，可以如后面解释的那样避免这种失效。
第一数字单元7包括数字乘法器8，将来自于模拟/数字转换器6的数字信号和来自于数字控制振荡器(NCO)9的数字信号提供到该数字乘法器。紧接着数字乘法器8的是可调数字低通滤波器(LPF)10，该可调数字低通滤波器10用于对数字信号进行低通滤波。应该注意的是，该数字信号是如该低通滤波器10的输出处所显示的、具有同相I分量和正交相位Q分量的复数基带信号。紧接着低通滤波器10的是坐标旋转数字计算机(Cordic)模块11，该模块用于将笛卡儿坐标转换为具有幅度Mag和相位角的极坐标。
将幅度Mag传送给包括校正滤波器13的第二数字单元12，该校正滤波器13可以由旁通线14绕过。校正滤波器13具有与低通滤波器10相关的逆脉冲响应，并且对由低通滤波器10引起的任意数字信号失真进行校正。
第三数字单元15中具有准峰值滤波器16和视频滤波器17。检测器18可以由切换设备19在准峰值滤波器16的输出和视频滤波器17的输出之间进行切换。准峰值滤波器16的输入经由校正滤波器13与Cordic模块11的输出相连接。视频滤波器17的输入经由旁通线14直接与Cordic模块11的输出相连接。检测器18和准峰值滤波器16形成了用于执行准峰值测量的准峰值检测设备。但是，应该注意的是，本申请虽然特别应用于准峰值测量，但并不局限于准峰值测量，也可以用于其它脉冲测量。
本机振荡器4产生的本机振荡器信号LO的频率fLO由控制设备20控制。控制设备20也可以控制测量装置1的其它设备，尤其是由数字控制振荡器9产生的频率、低通滤波器10的截止频率(cut-off frequency)和检测器18的选通(gating)。
准峰值检测器设备16、18将信号的包络线变换为输出信号电平，该输出信号电平与人耳或人眼的心理感知反应相适应。可以在“IEC CISPR16-1/1999-10”中的“无线电干扰和免疫测量装置和方法的说明”的部分1，也就是“无线电干扰和免疫测量装置”中发现对这种准峰值检测器的说明。人耳或人眼感知相同振幅的干扰脉冲，以使干扰越多，干扰脉冲的重复率越高。准峰值检测器设备16、18的目的是模拟这种人耳或人眼的主观能动的感知反应。
图3示出了如前面说明所要求的准峰值检测器的特性。为了在每种情况下在准峰值检测器的输出处获得相同的输出电平，将所需的输入侧噪声电压电平表示为噪声电压的脉冲频率(重复率)的函数。在该图中，可以看出，为了获得确定的输出电平，准峰值检测器需要在低脉冲频率比在高脉冲频率更高的噪声电压。也就是说，准峰值检测器对具有相对高的脉冲频率的噪声电压更灵敏。
前面已经由图2所示的明显说明、用模拟方式构造了准峰值检测器。输入信号Sin在二极管D进行整流，并且经过充电电阻器R1提供到电容器C。在输入信号Sin的每个半波过程中，电容器C因此经过充电电阻器R1进行充电。经由并联连接到电容器C的放电电阻器R2来实现电容器C的放电。在缓冲器B的下游，可以直接连接诸如动铁式(moving-iron)仪表的测量设备。在早期准峰值测量中主要使用这种方式。最近，已经开始使用模拟低通滤波器T3来进行电子地测定，其中该模拟低通滤波器T3模拟测量设备的响应，并且连接到缓冲器B的下游。结果，上述电路具有三个时间常数充电时间常数τ1＝R1×C、放电时间常数τ2＝R2×C和阻尼元件T3的阻尼时间常数τ3。
关于准峰值检测器的模拟实现，会产生以下问题对于精密测量，必须对二极管D进行补偿。由于放电时间常数τ2较大，电容器必须是高质量的。也就是说，电容器必须能够没有显著损耗地保持电荷相对长时间(几秒)。如图3所示，对于不同的频带(band)，准峰值检测器的灵敏度具有不同的规格。因此，对于每个频带必须使用不同的电路。很难获得长期稳定性和温度稳定性。结果很难调整检测器和范围切换。
德国专利DE 101 03 481 A1示出了准峰值检测器的数字实现。例如，本申请图1中示出的准峰值检测器16、18可以以这种方式实现。
在德国专利DE 101 03 481 A1中，代替图2中所表示的模拟元件，使用了对电容器充电过程进行模拟的数字充电滤波器、对电容器放电过程进行模拟的数字放电滤波器和对测量仪器的衰减响应进行模拟的数字衰减滤波器。准峰值检测器的数字实现允许具有高精度的测量。使用数字充电滤波器和数字放电滤波器作为一级无限脉冲响应(IIR)滤波器。使用数字衰减滤波器作为二级无限脉冲响应(IIR)滤波器，并使用两个精密地耦合的一级低通滤波器。同样将数字输入滤波器作为二级无限脉冲响应(IIR)滤波器而实现。
下面参考图4A、4B和4C描述本发明的原理。图4A示出了模拟混合设备2的高通滤波器5和数字低通滤波器10的典型结构的频域。低通滤波器10的截止频率表示为f，因此低通滤波器10的所有通过频率范围为-f和+f之间。但是，高通滤波器5抑制接近零频率0的范围B和C内的频率分量。如图4A所示的实例中，低通滤波器10的截止频率是高通滤波器5的截止频率的四倍，因此低通滤波器10的截止频率f是该混合设备2所抑制的最高频率的四倍。
由于频率范围B和C没有穿过高通滤波器5，模拟/数字转换器6没有转换这些频率分量，因此在低通滤波器10的输出仅出现频率范围A和D。只有频率范围A和D通过Cordic模块11和校正滤波器13，传送到达准峰值滤波器16。因此，只有频率范围A和D成为检测器18将检测的信号。这会引起脉冲测量的显著失效。应该注意的是，由于在混合设备2中使用零混合才会出现这个问题，如果混合设备2如同惯用测量安排那样将射频输入信号RFinput转换为中频带，则不会出现这个问题。因此，为了使零混合可用于脉冲测量，必须解决上述问题。
本发明提出如下解决方案控制器20以如下方式控制由本机振荡器4产生的本机振荡器信号的频率fLO如图4B所示，在第一频率范围E内执行第一测量，并且如图4C所示，在从第一频率范围E偏移的第二频率范围F内执行第二测量。
通过图4B可以看出，在第一测量过程中，本机振荡器4所产生的本机振荡器信号的频率fLO不是恰好等于射频输入信号RFinput的中心频率fRF，而是如图4B中箭头G所示，偏移了-1/4 f的负频率偏移。因此，如图4B所示，第一测量的第一频率范围E覆盖了在偏移的频率刻度上的从-3/4 f到+3/4 f的区间，该偏移的频率刻度为图4A所示的未偏移的频率刻度上的从-f到+1/2 f的区间。因此，第一测量的第一频率范围覆盖了如图4B所示的频率范围2/3 A、C和1/3 D。应该注意的是，由于如箭头G所示的频率偏移，第一测量的第一频率范围E没有覆盖频率范围2/3 D。另外，应该注意的是，在如图4B所示的第一测量过程中，模拟混合设备2的高通滤波器5抑制了频率范围B’和B。
如图4C可以看出，在第二测量过程中，由本机振荡器4产生的本机振荡器信号的频率fLO也不是恰好等于射频输入信号RFinput的中心频率fRF，而是如图4C中箭头H所示偏移了+1/4 f的正频率偏移。因此，如图4C所示，第二测量的第二频率范围F覆盖了偏移的频率刻度上从-3/4 f到+3/4 f的区间，该偏移的频率刻度为图4A所示的未偏移的频率刻度上的从-1/2 f到+f的区间。因此，如图4C所示，第二测量的第二频率范围覆盖了频率范围1/3 A、B和2/3 D。应该注意的是，由于如箭头H所示的频率偏移，第二测量的第二频率范围F没有覆盖频率范围2/3 A。另外，应该注意的是，在如图4C所示的第二测量过程中，模拟混合设备2的高通滤波器5抑制了频率范围C’和C。
图4B和图4C所示的测量结果在加法器设备21中相加。结果，相加结果的频率范围覆盖了频率范围E和F的叠加。由于频率范围C由图4B所示的第一测量所覆盖，并且频率范围B由图4C所示的第二测量所覆盖，因此在频率范围B和C内接近零频率的频率分量由这两个测量的叠加所覆盖。应该注意的是，频率偏移G和H应该至少与高通滤波器5的截止频率一样大，其中在所示实例中截止频率为1/4 f。为了提高本发明方法的可靠性，该频率偏移至少要高一些。
在优选实施例中，第一频率范围E和第二频率范围F都从零位置的不同方向偏移，其中在零位置处，本机振荡器信号LO的频率fLO与射频输入信号RFinput的中心频率fRF相等。
优选地，第一测量范围E和第二测量范围F以不同方向偏移相同的数值。
本发明并不局限于上述和附图所示的实施例。尤其是，并不一定需要两个测量的频率范围E和F都从零频率位置处偏移。例如，如果在该实例中第二测量的频率偏移H是1/2 f的两倍，可以执行第一测量，而不必偏移本机振荡器4的频率fLO。
权利要求
1.一种用于测量射频输入信号RFinput的峰值脉冲的测量装置(1)，包括混合设备(2)，用于混合射频输入信号RFinput和本机振荡器信号LO，以将射频输入信号RFinput直接转换为零中心频率，从而抑制接近零频率的范围(B，C)内的频率分量；和控制设备(20)，用于控制本机振荡器信号LO的频率fLO，以在第一频率范围(E)内执行第一测量，并且在相对于第一频率范围(E)偏移的第二频率范围(F)内至少执行一个第二测量。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，第一和第二频率范围(E，F)是重叠的。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，第一和第二频率范围(E，F)都包括由所述混合设备(2)所抑制的频率分量的范围(B，C)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的测量装置，其特征在于，该测量装置(1)进一步包括布置在混合设备(2)下游的低通滤波器(10)。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，该低通滤波器的截止频率(±f)是由该混合设备(2)所抑制的最高频率(±1/4f)的3至10倍，优选约为4倍。
6.根据权利要求1至5任一项所述的测量装置，其特征在于，混合设备(2)包括混合器(3)、产生本机振荡器信号LO的本机振荡器(4)和布置在混合器(3)下游的高通滤波器(5)。
7.根据权利要求1至6任一项所述的测量装置，其特征在于，将由检测器设备(16，18)检测到的第一测量的结果和由检测器设备(16，18)检测到的第二测量的结果相加。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，检测器设备(16，18)包括用于检测准峰值的准峰值滤波器(16)。
9.一种使用测量装置(1)测量射频输入信号RFinput的峰值脉冲的方法，所述测量装置(1)包括混合设备(2)，该混合设备(2)用于混合射频输入信号RFinput和本机振荡器信号LO，以将射频输入信号Rfinput直接转换为零中心频率，从而抑制接近零频率的范围(B，C)内的频率分量；其中，以如下方式控制本机振荡器信号LO的频率fLO在第一频率范围(E)内执行第一测量，在相对于第一频率范围(E)偏移的第二频率范围(F)内至少执行一个第二测量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，第一和第二频率范围(E，F)是重叠的。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，第一和第二频率范围(E，F)都包括由所述混合设备(2)所抑制的频率分量的范围(B，C)。
12.根据权利要求9至11任一项所述的方法，其特征在于，测量装置(1)进一步包括布置在频率偏移设备下游的低通滤波器，并且低通滤波器的截止频率(±f)被控制为是由混合设备所抑制的最高频率(±1/4f)的3至10倍，优选约为4倍。
13.根据权利要求9至12任一项所述的方法，其特征在于，将由测量装置(1)的检测器设备(16，18)检测到的第一测量的结果和至少一个的第二测量的结果相加。
14.根据权利要求9至13任一项所述的方法，其特征在于，第一频率范围(E)和第二频率范围(F)以不同方向从零位置处偏移，其中本机振荡器信号LO的频率fLO与射频输入信号RFinput的中心频率fRF相同。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，第一频率范围(E)和第二频率范围(F)以不同方向偏移相同的数值。
全文摘要
一种用于测量射频输入信号(RF
文档编号G01R19/04GK1749762SQ20051005996
公开日2006年3月22日 申请日期2005年4月4日 优先权日2004年9月13日
发明者瑞勒·豪斯多夫, 帕威尔·巴诺斯, 里奥·布鲁克纳 申请人:罗德施瓦兹两合股份有限公司