通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器，包括控制器，其第一输入端接外部SPI接口电路，其第一输出端与基带信号产生电路的第一输入端相连，其第二输出端与频谱扩展电路的第一输入端相连，射频开关电路的第一输入端接收外部参考输入信号，射频开关电路的输出端与基带信号产生电路的第二输入端相连，基带信号产生电路的输出端与频谱扩展电路的第二输入端相连，频谱扩展电路的输出端与输出驱动放大电路的输入端相连，输出驱动放大电路的输出端与谐波抑制电路的输入端相连，谐波抑制电路的输出端作为发生器的输出端。本发明可以方便的实现输出各种不同中心频率、不同带宽、不同调频周期的高线性度线性调频微波信号。
【专利说明】通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及线性调频微波信号发生器技术领域，尤其是一种通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器。
[0003]
【背景技术】
[0004]现代雷达不单是完成对目标位置、速度的信息的提取，而且要求对目标进行成像分析和识别，这要求雷达发射的信号具有大宽带，以获得高距离分辨率和激励出目标其他的特征。从电子战和电子干扰的角度看，要求信号具有大的带宽和复杂的波形以及提高信号的隐蔽性。为了充分利用发射机峰值功率，常常采用调频或调相的方法来增加信号带宽。线性调频信号是通过非线性相位调制获得大时宽-宽带积的典型信号，这种信号的突出优点是匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感。因此线性调频信号是现代高性能雷达体制经常采用的信号波形之一。
[0005]产生线性调频信号有三种基本方法:第一种是有源法，利用压控振荡器(VCO)产品调频波，控制电压按所需要的调频规律变化;第二种是无源法，利用脉冲展宽滤波器产生线性调频信号，目前常用的是声表面波无源匹配滤波器(简称声表滤波器)；第三种是直接数字波形合成(DDWS)，利用DDS直接产生线性调频信号。第一种和第二种两种是模拟方法，其缺点是无法实现波形捷变，产生的调频信号波形带宽相对较窄、产生电路比较复杂、体积较大、调频信号的线性度较差;第三种是直接数字波形合成(DDS)，其缺点是DDS直接输出频率上限较低，实际工作频带较窄，数字方式受限于当前元器件速度、电路工艺的限制，直接产生的线性调频信号的中心频率和带宽都很有限。因此，如何设计开发出一种小体积、高中心频率、宽频带、高线性度的线性调频微波信号发生器已经成为急需解决的技术问题。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种小体积、高中心频率、宽频带、高线性度的通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器。
[0008]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器，包括控制器，其第一输入端接外部SPI接口电路，其第一输出端与基带信号产生电路的第一输入端相连，其第二输出端与频谱扩展电路的第一输入端相连，射频开关电路的第一输入端接收外部参考输入信号，射频开关电路的输出端与基带信号产生电路的第二输入端相连，基带信号产生电路的输出端与频谱扩展电路的第二输入端相连，频谱扩展电路的输出端与输出驱动放大电路的输入端相连，输出驱动放大电路的输出端与谐波抑制电路的输入端相连，谐波抑制电路的输出端作为发生器的输出端；内置参考电路的第一输出端与控制器的第二输入端相连，内置参考电路的第二输出端与射频开关电路的第二输入端相连;所述控制器采用型号为EP1CT100I7的FPGA控制器。
[0009]还包括分别向射频开关电路、基带信号产生电路、频谱扩展电路、输出驱动放大电路、谐波抑制电路、内置参考电路和FPGA控制器供电的直流稳压模块。
[0010]所述FPGA控制器的62、63、64、67脚分别连接JTAG下载口 Ul的1、5、3、9脚;所述FPGA控制器的I脚接复位芯片ADM812T的2脚;所述FPGA控制器的6、7、16、17脚分别连接配置芯片EPCS1的1、2、6、5脚;所述FPGA控制器的68、69、70、71、72、73、74、75脚分别与基带信号产生电路的第一输入端相连;所述FPGA控制器的22、23、24、25脚分别与频谱扩展电路的第一输入端相连;所述FPGA控制器的10脚和内置参考电路的输出信号互连，作为FPGA控制器的工作时钟;所述FPGA控制器的51、52、53脚分别与外部SPI接口电路的SPI_CLK、SPI_DATA、SPI_SYNC引脚互连，实现和外部通信。
[0011]所述基带信号产生电路采用AD9954芯片，其9脚和射频开关电路的时钟输出引脚互连，作为其参考时钟；其36、1、48、47、38、39、40、41脚分别与??6々控制器的68、69、70、71、72、73、74、75脚互连;其20、21脚连接到变压器ADT1-1WT的3、1脚;变压器401'1-1胃1'的6脚经过低通滤波器LFCN-80+后输出，作为频谱扩展电路的参考时钟。
[0012]所述频谱扩展电路采用ADF4159芯片，其22、23、24、25脚分别连接FPGA控制器的14、15、16、17脚;其9脚连接基带信号产生电路中低通滤波器LFCN-80+的输出端。
[0013]由上述技术方案可知，本发明可以产生高中心频率、宽频带、高线性度的线性调频微波信号，与现有技术相比较，可以方便的实现输出各种不同中心频率、不同带宽、不同调频周期的高线性度线性调频微波信号。此外，本发明具有结构简单、集成度高、小型化、可靠性高、控制方便、输出线性调频信号中心频率高、线性度高、带宽较宽的特点，适用于测距、测速雷达系统。
[0014]
【附图说明】
[0015]图1为本发明的电路原理框图；
图2、图3、图4分别为图1中FPGA控制器、基带信号产生电路、频谱扩展电路的电路原理图。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，一种通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器，包括控制器，其第一输入端接外部SPI接口电路，其第一输出端与基带信号产生电路2的第一输入端相连，其第二输出端与频谱扩展电路3的第一输入端相连，射频开关电路的第一输入端接收外部参考输入信号，射频开关电路的输出端与基带信号产生电路2的第二输入端相连，基带信号产生电路2的输出端与频谱扩展电路3的第二输入端相连，频谱扩展电路3的输出端与输出驱动放大电路的输入端相连，输出驱动放大电路的输出端与谐波抑制电路的输入端相连，谐波抑制电路的输出端作为发生器的输出端；内置参考电路的第一输出端与控制器的第二输入端相连，内置参考电路的第二输出端与射频开关电路的第二输入端相连;所述控制器采用型号为EP1CT100I7的FPGA控制器I。还包括分别向射频开关电路、基带信号产生电路2、频谱扩展电路3、输出驱动放大电路、谐波抑制电路、内置参考电路和FPGA控制器I供电的直流稳压模块。内置参考电路用于为控制器提供工作时钟，同时通过射频开关电路选通输出，作为基带信号产生电路的参考时钟。
[0018]如图1所示，直流稳压模块完成外供电的稳压工作，产生各种供电电压，满足线性调频信号发生器内部模块各种工作电压需求;射频开关电路，通过SPI 口写入的控制位，完成内置参考和外部参考输入信号的选择，上电完成后，默认选择内置参考;基带信号产生电路2，根据SPI写入的控制位，产生各种中心频率、带宽、跳频脉宽的中频线性调频信号;频谱扩展电路3，是线性调频微波信号发生器的核心部分，为了实现小型化需求，从相位角度考虑实现频谱扩展，避免采用直接倍频+滤波器的方式导致微波信号发生器体积过大，还可以实现对输出线性调频微波信号的带内、带外非谐波分量较好的抑制度，由于频谱扩展输出端口没有固定中心频率、带宽的滤波器限制，方便实现输出不同中心频率、不同带宽的线性调频微波信号，通用性较强，完成对基带信号产生的线性调频中频信号的中心频率、带宽的扩展，输出具有较高中心频率和较宽带宽的线性调频微波信号;输出驱动放大电路完成频谱扩展模块输出信号的放大，输出一定功率的高线性度调频微波信号；谐波抑制电路对放大器输出的线性调频微波信号的谐波信号完成抑制。外部SPI接口电路完成控制器与外部的通信，实现对线性调频微波信号发生器的控制，设置其输出各种不同中心频率、不同带宽、不同调频周期的线性调频微波信号。
[0019]如图2所示，所述FPGA控制器I的62、63、64、67脚分别连接JTAG下载口 U7的1、5、3、9脚;所述FPGA控制器I的I脚接复位芯片ADM812T的2脚;所述FPGA控制器I的6、7、16、17脚分别连接配置芯片EPCSl的1、2、6、5脚，配置芯片是指存贮FPGA程序的ROM;所述FPGA控制器I的68、69、70、71、72、73、74、75脚分别与基带信号产生电路2的第一输入端相连;所述??6八控制器I的22、23、24、25脚分别与频谱扩展电路3的第一输入端相连;所述FPGA控制器I的1脚和内置参考电路的输出信号互连，作为FPGA控制器I的工作时钟；所述FPGA控制器I的51、52、53脚分别与外部SPI接口电路的SPI_CLK、SPI_DATA、SPI_SYNC引脚互连，实现和外部通信。3.3V和1.5V经过滤波后分别作为控制器的供电电压。
[0020]如图3所示，所述基带信号产生电路2采用AD9954芯片，其9脚和射频开关电路的时钟输出引脚互连，作为其参考时钟；其36、1、48、47、38、39、40、41脚分别与FPGA控制器I的68、69、70、71、72、73、74、75脚互连；其20、21脚连接到变压器ADT1-1WT的3、I脚；变压器ADTl-1WT的6脚经过低通滤波器LFCN-80+后输出，作为频谱扩展电路3的参考时钟。基带信号产生电路2中3.3V和1.8V经过滤波后用于AD9954芯片供电。
[0021]如图4所示，所述频谱扩展电路3采用ADF4159芯片，其22、23、24、25脚分别连接FPGA控制器I的14、15、16、17脚;其9脚连接基带信号产生电路2中低通滤波器LFCN-80+的输出端。频谱扩展电路3中5V、3.3V和1.8V经过滤波后用于频谱扩展电路3的供电。
[0022]以下结合图1至图4对本发明作进一步的说明。
[0023]上电完成后，默认选通内置参考电路，作为控制器的工作时钟，同时选通射频开关电路，作为基带信号产生电路2的参考时钟，同时控制器完成对基带信号产生电路2和频谱扩展电路3的初始化工作。通过SPI接口对控制器写入控制字，控制器完成对控制字的处理，对基带信号产生电路2和输出驱动放大电路写入控制数据，产生高线性度线性调频微波信号，经过输出驱动放大电路和谐波抑制电路输出一定功率的高线性度线性调频微波信号。若是需要修改输出高线性度调频微波信号的中心频率、带宽、调频周期，仅需要写入控制字，即可改变最终输出跳频信号的中心频率、带宽、跳频周期，基带信号产生电路2和频谱扩展电路3的控制程序都已集成于控制器内，只需通过SPI接口对控制器写入控制字。因此，使用过程控制方便，可以产生各种不同中心频率、不同调频带宽、不同的跳频周期的高线性度线性调频微波信号。
[0024]也就是说，首先，控制器实现对基带信号产生电路2和频谱扩展电路3实现控制;其次是通过控制器对基带信号产生电路2实现控制，基带信号产生电路2各种不同中心频率、不同带宽、不同调频周期的中频信号，经过变压器和低通滤波器输出做为频谱扩展电路3的参考时钟。再次，频谱扩展电路3以基带信号产生电路2中AD9954芯片输出的中频线性调频信号作为参考时时钟，实现对其频谱扩展。
[0025]频谱扩展电路3从相位角度考虑，利用锁相环的窄带跟踪性能，实现对中频线性调频信号的频谱扩展。相比较于采用直接倍频+带通滤波器电路实现扩频的方式，采用锁相环实现频谱扩展电路输出端口不需要带通滤波器，体积相对较小，输出信号的中心频率和带宽不受滤波器中心频率和带宽的限制，同时输出信号的杂散值相对优良。
[0026]对于频谱扩展电路3最终输出的线性调频信号的线性度，由于AD9954芯片输出的中频线性调频信号其线性度非常的高，利用锁相环对其进行频谱扩展后，考虑到锁相环倍频引入的线性度恶化值、锁相环自身引入的线性度恶化值，其最终输出信号的线性度仍然较高。
[0027]综上所述，本发明可以产生高中心频率、宽频带、高线性度的线性调频微波信号，与现有技术相比较，可以方便的实现输出各种不同中心频率、不同带宽、不同调频周期的高线性度线性调频微波信号。此外，本发明具有结构简单、集成度高、小型化、可靠性高、控制方便、输出线性调频信号中心频率高、线性度高、带宽较宽的特点，适用于测距、测速雷达系统。
【主权项】
1.一种通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器，其特征在于:包括控制器，其第一输入端接外部SPI接口电路，其第一输出端与基带信号产生电路(2)的第一输入端相连，其第二输出端与频谱扩展电路(3)的第一输入端相连，射频开关电路的第一输入端接收外部参考输入信号，射频开关电路的输出端与基带信号产生电路(2)的第二输入端相连，基带信号产生电路(2)的输出端与频谱扩展电路(3)的第二输入端相连，频谱扩展电路(3)的输出端与输出驱动放大电路的输入端相连，输出驱动放大电路的输出端与谐波抑制电路的输入端相连，谐波抑制电路的输出端作为发生器的输出端；内置参考电路的第一输出端与控制器的第二输入端相连，内置参考电路的第二输出端与射频开关电路的第二输入端相连；所述控制器采用型号为EP1CT100I7的FPGA控制器(I)。2.根据权利要求1所述的通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器，其特征在于:还包括分别向射频开关电路、基带信号产生电路(2)、频谱扩展电路(3)、输出驱动放大电路、谐波抑制电路、内置参考电路和FPGA控制器(I)供电的直流稳压模块。3.根据权利要求1所述的通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器，其特征在于:所述FPGA控制器(I)的62、63、64、67脚分别连接JTAG下载口 Ul的1、5、3、9脚;所述FPGA控制器(I)的I脚接复位芯片ADM812T的2脚;所述FPGA控制器(I)的6、7、16、17脚分别连接配置芯片EPCSl的1、2、6、5脚;所述FPGA控制器(I)的68、69、70、71、72、73、74、75脚分别与基带信号产生电路(2 )的第一输入端相连;所述FPGA控制器(I)的22、23、24、25脚分别与频谱扩展电路(3)的第一输入端相连;所述FPGA控制器(I)的10脚和内置参考电路的输出信号互连，作为FPGA控制器(I)的工作时钟;所述FPGA控制器(I)的51、5 2、5 3脚分别与外部SPI接口电路的SPI_CLK、SPI_DATA、SPI_SYNC引脚互连，实现和外部通信。4.根据权利要求1所述的通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器，其特征在于:所述基带信号产生电路(2)采用AD9954芯片，其9脚和射频开关电路的时钟输出引脚互连，作为其参考时钟；其36、1、48、47、38、39、40、41脚分别与？?6々控制器(1)的68、69、70、71、.72、73、74、75脚互连;其20、21脚连接到变压器ADT1-1WT的3、1脚;变压器401'1-1胃1'的6脚经过低通滤波器LFCN-80+后输出，作为频谱扩展电路(3)的参考时钟。5.根据权利要求4所述的通用小型化高线性度线性调频微波信号发生器，其特征在于:所述频谱扩展电路(3)采用ADF4159芯片，其22、23、24、25脚分别连接FPGA控制器(I)的14、.15、16、17脚;其9脚连接基带信号产生电路(2)中低通滤波器LFCN-80+的输出端。
【文档编号】H04L25/03GK105846837SQ201610330648
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】陈剑虹, 吴松, 徐啸天
【申请人】合肥星波通信股份有限公司