[发明专利]一种基于空间采样的新型射频信号直接采样方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号采样系统和方法，尤其是涉及一种基于空间采样的新型射频信号直接采样方法和系统。

背景技术

无线通信是现代通信系统中极其重要的一部分，在卫星通信、遥感、导航、军事等方面得到了广泛的应用。由于应用场合的不同，人们提出了多种无线通信标准，这些通信标准的调制方式、频率、数据格式各不相同，不同通信标准和平台之间缺乏互通性，为解决互通性问题，人们提出了软件无线电的概念。

所谓软件无线电，就是构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，利用模/数转换器(ADC)和数/模转换器(DAC)将射频信号数字化，在数字域用软件实现各类信号处理，通过相应的软件模块对各类射频信号进行处理，而不需要更换硬件系统。虽然软件无线电有着非常美好的前景，但实际应用中，将射频信号数字化需要极高速的模/数转换器(ADC)，由于高速ADC技术的限制，软件无线电还不能应用于大多数较高频率的通信中，而且适合应用的频段系统成本也较为昂贵。

发明内容

为了解决软件无线电技术对高速模/数转换器(ADC)的依赖，突破直接射频采样技术的瓶颈，本发明提供一种基于空间采样的新型射频信号直接采样方法和系统，利用传输线传播特性，在多个采样点对信号进行采样处理得到射频信号的幅度、频率和相位信息，为基于直接射频采样的软件无线电技术提供了一种新的解决方案。

本发明采用的技术方案是：

一、一种基于空间采样的新型射频信号直接采样方法：

1)将传输线的一端接地或是开路，另一端输入射频信号，射频信号在传输线的接地端或开路端发生反射，入射信号与反射信号叠加产生了具有动态驻波波形结构的信号，该驻波波形在时域上会随射频信号的幅度、频率和相位变化而变化；

2)在传输线上设置多个测量点，相邻的测量点之间的距离大于1/4波长，测量点处安装信号耦合器，利用信号耦合模块从传输线上多个测量点上耦合出具有动态驻波波形结构的信号，耦合出的信号依次经过信号处理模块、检波模块以及模/数转换器(ADC)的处理转换为数字信号，传输到计算机中；

3)将从多个测量点上获得的包含射频信号信息的数字信号进行计算处理，最终得到射频信号的幅度、频率和相位信息。

所述的传输线为常见传输电磁波的结构，具体为微带线、同轴线、平行双波导或者平行平板波导。

所述的信号耦合模块为独立电容、微带线结构电容、耦合器或者探针。

所述步骤3)具体包括：通过空间频率k(t)将检波AD转换后带有波形信息的数字信号进行转换，利用同一时刻不同测量点的测量数据，通过最小二乘法拟合波形曲线，得到当前时刻射频信号的幅值A和空间频率k(t)；再结合不同时刻的测量数据依次拟合曲线得到空间频率k(t)随时间t的变化，求得各个时刻下空间频率k(t)的平均值再采用以下公式计算得到频率f：

其中，v表示射频信号在波导中的传播速度；

然后计算以下公式并对关于不同时刻积分相加，最后得到射频信号的相位

其中，t表示时间。

二、一种基于空间采样的新型射频信号直接采样系统：

包括传输线、信号耦合模块、信号处理模块、检波模块以及模/数转换器(ADC)，传输线一端作为射频信号的输入端，另一端短路或开路，射频信号在传输线的接地端或开路端发生反射，传输线上设置有多个测量点，相邻的测量点之间的距离大于1/4波长，测量点处均安装有信号耦合器，信号耦合器依次经信号处理模块、检波模块和模/数转换器后连接到计算机。

所述的传输线为常见传输电磁波的结构，具体为微带线、同轴线、平行双波导或者平行平板波导。

所述的信号耦合模块为独立电容、微带线结构电容、耦合器或者探针。

本发明具有的有益效果是：

本发明利用射频信号在接地(或开路)传输线上传输而形成的动态驻波波形结构波形，提供一种基于空间采样的新型射频信号直接采样系统和方法，适用于AM、FM、PSK、MSK、QAM等多种调制射频信号，利用本系统将射频信号转化为数字信号，然后利用算法直接在计算机得到射频信号的幅度、频率和相位信息。

进一步的本发明的射频信号直接采样系统和方法可以同时适用于各类不同频率的射频信号，最高可以达到太赫兹数量级，克服目前软件无线电因ADC技术限制无法达到较高频率的缺点。

进一步的本发明的射频信号直接采样系统和方法由于未采用高速的模/数转换器(ADC)技术，系统成本大幅下降。

附图说明