專利名稱：：通過提取dds諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種寬帶信號的產(chǎn)生方式，尤其適用于寬帶矢量信號的合成，對于軍事、航天、通信以及儀表行業(yè)都具有極為廣泛的用途，具體地說是通過提取DDS輸出信號中的諧波分量及鏡像分量來增加DDS輸出頻率帶寬，從而實現(xiàn)寬帶矢量合成的頻率合成系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS能夠產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制的頻率信號，但它受限于采樣定理，輸出信號頻率低于奈奎斯特頻率。因此，要實現(xiàn)寬帶矢量信號合成，目前有兩種方法，一種是不斷提高采樣頻率，從而實現(xiàn)輸出帶寬的增加；另一種是用DDS產(chǎn)生一個基帶信號，再通過混頻、倍頻等方法來進行頻率擴展。前一種方法受限于加工工藝，采樣頻率不會提高得到太多，因此，它的輸出頻率范圍不會很寬。使用后一種方法時，混頻所產(chǎn)生的交調(diào)信號、混頻本振信號等都會在很大程度上影響輸出頻譜的純度，倍頻過程中也會產(chǎn)生一些具有復(fù)雜頻率分量的雜散信號，為了對頻率擴展過程中所產(chǎn)生的各種雜散信號進行抑制，需要在系統(tǒng)中設(shè)計大量的濾波電路，因而導(dǎo)致系統(tǒng)的設(shè)備量龐大，控制復(fù)雜，不利于科技進步及成本控制，同時，由于設(shè)備量龐大，可靠性也會降低。因此，迫切需要發(fā)明一種新的技術(shù)來適應(yīng)現(xiàn)階段的寬帶矢量信號合成任務(wù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的矢量信號合成系統(tǒng)無法簡單、高效地完成寬帶矢量信號合成任務(wù)的問題，提出了一種在不提高采樣頻率的前提下利用DDS直接輸出DC10GHz的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，它通過提取DDS輸出的鏡像頻率分量及諧波頻率分量，從而實現(xiàn)寬帶矢量信號的合成。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，它包括晶體振蕩器、鎖相環(huán)模塊PLL、直接數(shù)字式頻率合成模塊、信號提取模塊和中央處理單元，所述的晶體振蕩器為頻率合成系統(tǒng)提供系統(tǒng)時鐘，晶體振蕩器的信號輸出端與鎖相環(huán)模塊PLL的參考時鐘信號輸入端相連，鎖相環(huán)模塊PLL的可變時鐘信號輸出端與直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的可變時鐘信號輸入端連接，直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的信號輸出端與信號提取模塊的信號輸入端連接，直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS、鎖相環(huán)模塊PLL和信號提取模塊的控制信號輸入端分別與中央處理單元各自對應(yīng)的控制信號輸出端連接，信號提取模塊的信號輸出端作為頻率合成系統(tǒng)的矢量信號輸出端輸出矢量信號。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明使用后，以往需要一個乃至兩個機箱才能實現(xiàn)的寬帶矢量信號的合成，將在一個組件內(nèi)實現(xiàn)。本發(fā)明將以往被當(dāng)作雜波濾除掉的DDS輸出信號中的諧波分量及其鏡像分量提取出來，作為系統(tǒng)輸出。這樣就極大地減少了在寬帶矢量信號合成過程中的混頻、倍頻、濾波、放大等電路，降低成本、縮減系統(tǒng)體積的同時還能夠避免在混頻、倍頻、濾波、放大等過程中可能產(chǎn)生的如本振泄漏、交調(diào)、諧波等最終會造成系統(tǒng)性能惡化的因素。采用本發(fā)明成果后，能夠通過簡單的電路得到一個寬帶的矢量調(diào)制信號。在降低成本的同時，電路的縮減還有效地提高了系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。本發(fā)明的系統(tǒng)中，以高穩(wěn)定度、低相噪溫補晶振作為時鐘，以低雜散、低相噪、高精度、高分辨率鎖相環(huán)路作為DDS的可變時鐘，在DDS后引入ALC電路來對DDS輸出信號的電平加以控制，用濾波器模塊Filtermodule來實現(xiàn)對DDS輸出信號的頻譜提純，以中央處理器來控制PLL、DDS、ALC電路以及濾波器模塊Filtermodule。在不提高采樣頻率的前提下，通過提取DDS輸出的鏡像分量及諧波分量，利用直接數(shù)字頻率合成的方法輸出DC10GHz的寬帶矢量信號。本發(fā)明采用了可變時鐘，以避免時鐘及其諧波、K次信號及K次鏡像信號落在非指定信道內(nèi)，從而在很大程度上保證了寬帶合成信號的頻譜純度；同時采用頻率拼接的方法，避免了在時鐘及其諧波頻率附近信號功率的急劇下降，從而得到功率曲線較為平緩的輸出信號。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的電原理圖。圖3(a)是AD9858在lGHz時鐘下，即:fCLK=1GHz的輸出仿真頻譜圖。圖3(b)是AD9858在lGHz時鐘下的輸出信號包絡(luò)。圖4(a)是AD9858在800MHz時鐘下，即faK=800MHz的輸出仿真頻譜圖。圖4(b)是AD9858在800MHz時鐘下的輸出信號包絡(luò)。圖5(a)是AD9858在900MHz時鐘下，即faK=900MHz的輸出仿真頻譜圖。圖5(b)是AD9858在900MHz時鐘下的輸出信號包絡(luò)。圖6是圖3(b)、圖4(b)、圖5(b)的幅度一頻率包絡(luò)合成圖。圖7所示的AD9858在DC10GHz頻率范圍內(nèi)的輸出幅度曲線。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1所示，通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，它包括晶體振蕩器、鎖相環(huán)模塊PLL、直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS、信號提取模塊和中央處理單元，所述的晶體振蕩器為頻率合成系統(tǒng)提供系統(tǒng)時鐘，晶體振蕩器的信號輸出端與鎖相環(huán)模塊PLL的參考時鐘信號輸入端相連，鎖相環(huán)模塊PLL的可變時鐘信號輸出端與直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的可變時鐘信號輸入端連接，直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的信號輸出端與信號提取模塊的信號輸入端連接，直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS、鎖相環(huán)模塊PLL和信號提取模塊的控制信號輸入端分別與中央處理單元各自對應(yīng)的控制信號輸出端連接，信號提取模塊的信號輸出端作為頻率合成系統(tǒng)的輸出矢量信號。如圖2所示，鎖相環(huán)模塊PLL包括鑒頻鑒相器PFD、分頻器X2、環(huán)路濾波器LoopFilter、壓控振蕩器Xl，耦合器C0UP1、射頻放大器AMP4和帶通濾波器BPF1，所述的鑒頻鑒4相器PFD的一個信號輸入端作為鎖相環(huán)模塊PLL的輸入與晶體振蕩器0SC1的信號輸出端相連，鑒頻鑒相器PFD的另一個信號輸入端與分頻器X2的信號輸出端連接，鑒頻鑒相器PFD的信號輸出端與環(huán)路濾波器LoopFilter對應(yīng)的信號輸入端連接，環(huán)路濾波器LoopFilter的信號輸出端與壓控振蕩器X1的信號輸入端連接，壓控振蕩器X1的信號輸出端與耦合器C0UP1的信號輸入端連接，耦合器C0UP1的耦合端與分頻器X2的信號輸入端連接，耦合器C0UP1的信號輸出端與射頻放大器AMP4的信號輸入端連接，射頻放大器AMP4的信號輸出端與帶通濾波器BPF1的信號輸入端連接，帶通濾波器BPF1的信號輸出端作為鎖相環(huán)模塊PLL的輸出與直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的信號輸入端相連。所述的環(huán)路濾波器包括電阻R1、R5、R9、R10、RR1和RR2，電容C1、C6、C7和C8;所述的帶通濾波器BPF1包括電感L1-L7，電容C11、C2-C5、C9和CIO。如圖2所示，直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS包括單端轉(zhuǎn)差分電路SDC、直接數(shù)字式頻率合成器(型號可為AD9858)和差分轉(zhuǎn)單端電路DSC，單端轉(zhuǎn)差分電路SDC的信號輸入端作為直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的輸入與鎖相環(huán)模塊PLL的信號輸出即帶通濾波器BPF1的信號輸出端連接，單端轉(zhuǎn)差分電路SDC的信號輸出端與直接數(shù)字式頻率合成器的信號輸入端連接，直接數(shù)字式頻率合成器的信號輸出端與差分轉(zhuǎn)單端電路DSC的對應(yīng)信號輸入端連接，差分轉(zhuǎn)單端電路DSC的信號輸出端作為直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的輸出與信號提取模塊的對應(yīng)信號輸入端連接。所述的單端轉(zhuǎn)差分電路SDC包括變壓器TF1、電阻Rll、電容C27和C28;所述的差分轉(zhuǎn)單端電路DSC包括變壓器TF2、電阻R12和R13。如圖2所示，信號提取模塊包括濾波器模塊Filtermodule和自動電平控制模塊ALC。所述的濾波器模塊Filtermodule的信號輸入端作為信號提取模塊的輸入與直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的信號輸出端連接，濾波器模塊Filtermodule的信號輸出端與自動電平控制模塊ALC的信號輸入端連接，自動電平控制模塊ALC的信號輸出端作為信號提取模塊的輸出即頻率合成系統(tǒng)的輸出射頻信號。本發(fā)明的濾波器模塊FilterModule根據(jù)系統(tǒng)要求進行設(shè)計，在寬帶捷變頻時，如圖2所示，可以采用一組開關(guān)濾波組件，在沒有寬帶捷變頻要求時，可以采用YIG濾波器。在發(fā)明從根本上來說遵守采樣定理，它充分利用了DDS輸出信號中的諧波及鏡像頻率分量。以AD9858為設(shè)計模型，有關(guān)系式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中，F(xiàn)TW為頻率控制字，fM為時鐘頻率，AD9858有32位可編程頻率寄存器，因此，分母是232。在各個頻率段，最終提取頻率與所設(shè)置頻率及時鐘頻率之間有關(guān)系式f。=Mf^K士Nf犯T，其中M=0，1，2，......；N=1，2，3，.....。M=0，N=1表示在奈奎斯特頻率以下提取信號，我們將這個頻率段的信號定義為一次信號；M=l，N=1，f^-f^表示提取一次信號的鏡像頻率，我們稱之為一次鏡像；M=l，N=1，f^+f^表示提取信號的頻率等于時鐘頻率加上一次信號的頻率，這個頻率落在時鐘與時鐘二次諧波之間，在圖3(b)、圖4(b)、圖5(b)中表示為二次包絡(luò)，因此，我們稱之為二次信號；M=2，N=1，2f^-f^表示提取二次信號的鏡像頻率，我們稱之為二次鏡像；依此類推，我們就可以得到包含十次信號及十次鏡像在內(nèi)的全部信號。在十次信號以及十次鏡像以后，由于信號的幅度下降較快，對穩(wěn)幅電路的要求更高，同時，高次信號幅度下降后，就要求信號提取模塊中的濾波器對低次信號的抑制度更高。因此，我們在進行寬帶矢量信號合成時，不再提取十次以后的信號。但在某些高頻窄帶應(yīng)用中，我們也可以根據(jù)需要來單獨提取某一段的高頻信號，包括十次以后的信號。其頻率可以計算如下表1AD9858輸出信號定義及其頻率<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖3(a)所示為AD9858在1GHz時鐘下(fM=1GHz)的輸出仿真頻譜圖，其輸出信號中包括了如表1所示的各次信號及其鏡像分量，圖3(b)為AD9858在1GHz時鐘下的輸出信號包絡(luò)。圖4(a)所示為AD9858在800MHz時鐘下(fM=800MHz)的輸出仿真頻譜圖，其輸出信號中包括了如表1所示的各次信號及其鏡像分量，圖4(b)為AD9858在800MHz時鐘下的輸出信號包絡(luò)。圖5(a)所示為AD9858在900MHz時鐘下(fM=900MHz)的輸出仿真頻譜圖，其輸出信號中包括了如表1所示的各次信號及其鏡像分量，圖5(b)為AD9858在900MHz時鐘下的輸出信號包絡(luò)。由圖3(a)、圖4(a)、圖5(a)，將表1中所示中AD9858輸出的各次信號及其鏡像作為主信號，我們就可以得出下面的結(jié)論，AD9858輸出信號的雜波抑制度大于47dB。這個指標(biāo)已經(jīng)等同于DDS窄帶輸出信號的指標(biāo)，可見，采用本發(fā)明成果后，所得信號的雜散指標(biāo)沒有惡化。在實驗和仿真中，對f。進行掃頻仿真，得到如圖3(b)、圖4(b)、圖5(b)所示的幅度一頻率包絡(luò)圖。將圖3(b)、圖4(b)、圖5(b)中的圖幅度一頻率包絡(luò)合成，得到圖6所示的包絡(luò)。因此，可以得到如圖7所示的AD9858在DC10GHz頻率范圍內(nèi)的輸出幅度曲線。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，要將信號與其鏡像頻率設(shè)計在不同的信號提取通道，這樣才能夠合成頻譜純度較高的信號。因此，要綜合考慮軟件控制難度以及作信號提取的濾波器模塊的設(shè)計難度，來決定波段及時鐘的取值。通過掃描仿真可以得到如圖7所示的輸出信號頻譜包絡(luò)圖。在系統(tǒng)中引入濾波器模塊，是為了對AD9858輸出的信號進行提純。通常，我們使用YIG濾波器，但由于YIG濾波器的切換速度慢，使用它提純出的信號只能在窄帶范圍內(nèi)進行捷變，因此只適用于窄帶捷變頻或者不作捷變頻的系統(tǒng)中。如果要作寬帶捷變頻，就要把YIG濾波器換成用高速開關(guān)控制的濾波器組了。不論是用哪種方法進行信號提純，它們都能夠使得在同一個信道內(nèi)只存在一個信號，比如在一次信號通道內(nèi)，只存在一個頻率為/。,=2/^的信號，其鏡像頻率fcuT^以及它們的高次諧波將被濾除。由于本發(fā)明所用方案中，采用了變時鐘的方法來進行頻段拼接，因此，要特別注意在信號提純時一定要濾除時鐘信號。同時，由于采用了變時鐘的方法，在寬帶捷變頻系統(tǒng)設(shè)計中，就不能使用一個鎖相環(huán)路來進行時鐘控制了，而是采用直接模擬式頻率合成的方法，通過開關(guān)濾波組件來提取可變時鐘作為DDS的參考時鐘，從而實現(xiàn)高速頻率切換。在圖3以及圖4中，我們都可以看出，AD9858輸出的各個主信號之間的幅度相差近50dB，因此，在它的輸出端加入一個穩(wěn)幅電路是十分必要的。此處的穩(wěn)幅電路在射頻信號源的設(shè)計中已經(jīng)廣泛使用，是一種十分成熟的技術(shù)，其電路如圖2中ALC模塊所示，這里就不再詳述。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。權(quán)利要求通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，其特征是它包括晶體振蕩器、鎖相環(huán)模塊PLL、直接數(shù)字式頻率合成模塊、信號提取模塊和中央處理單元，所述的晶體振蕩器為頻率合成系統(tǒng)提供系統(tǒng)時鐘，晶體振蕩器的信號輸出端與鎖相環(huán)模塊PLL的參考時鐘信號輸入端相連，鎖相環(huán)模塊PLL的可變時鐘信號輸出端與直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的可變時鐘信號輸入端連接，直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的信號輸出端與信號提取模塊的信號輸入端連接，直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS、鎖相環(huán)模塊PLL和信號提取模塊的控制信號輸入端分別與中央處理單元各自對應(yīng)的控制信號輸出端連接，信號提取模塊的信號輸出端作為頻率合成系統(tǒng)的矢量信號輸出端輸出矢量信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，其特征是所述的鎖相環(huán)模塊PLL包括鑒頻鑒相器PFD、分頻器X2、環(huán)路濾波器LoopFilter、壓控振蕩器XI，耦合器C0UP1、射頻放大器AMP4和帶通濾波器BPF1，所述的鑒頻鑒相器PFD的一個信號輸入端作為鎖相環(huán)模塊PLL的輸入與晶體振蕩器OSCl的信號輸出端相連，鑒頻鑒相器PFD的另一個信號輸入端與分頻器X2的信號輸出端連接，鑒頻鑒相器PFD的信號輸出端與環(huán)路濾波器LoopFilter對應(yīng)的信號輸入端連接，環(huán)路濾波器LoopFilter的信號輸出端與壓控振蕩器X1的信號輸入端連接，壓控振蕩器X1的信號輸出端與耦合器C0UP1的信號輸入端連接，耦合器COUPl的耦合端與分頻器X2的信號輸入端連接，耦合器C0UP1的信號輸出端與射頻放大器AMP4的信號輸入端連接，射頻放大器AMP4的信號輸出端與帶通濾波器BPF1的信號輸入端連接，帶通濾波器BPF1的信號輸出端作為鎖相環(huán)模塊PLL的輸出與直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的信號輸入端相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，其特征是所述的環(huán)路濾波器包括電阻Rl、R5、R9、R10、RR1和RR2，電容Cl、C6、C7和C8;所述的帶通濾波器BPF1包括電感L1-L7，電容C11、C2-C5、C9和C10。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，其特征是所述的直接數(shù)字式頻率合成模塊DDSSynthesizer包括單端轉(zhuǎn)差分電路SDC、直接數(shù)字式頻率合成器和差分轉(zhuǎn)單端電路DSC，單端轉(zhuǎn)差分電路SDC的信號輸入端作為直接數(shù)字式頻率合成模塊DDS的輸入與鎖相環(huán)模塊PLL的信號輸出即帶通濾波器BPF1的信號輸出端連接，單端轉(zhuǎn)差分電路SDC的信號輸出端與直接數(shù)字式頻率合成器的信號輸入端連接，直接數(shù)字式頻率合成器的信號輸出端與差分轉(zhuǎn)單端電路DSC的對應(yīng)信號輸入端連接，差分轉(zhuǎn)單端電路DSC的信號輸出端作為直接數(shù)字式頻率合成模塊DDSSynthesizer的輸出與信號提取模塊的對應(yīng)信號輸入端連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，其特征是所述的單端轉(zhuǎn)差分電路SDC包括變壓器TF1、電阻Rll、電容C27和C28;所述的差分轉(zhuǎn)單端電路DSC包括變壓器TF2、電阻R12和R13。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，其特征是所述的信號提取模塊包括濾波器模塊FilterModule和自動電平控制模塊ALC，所述的濾波器模塊FilterModule的信號輸入端作為信號提取模塊的輸入與直接數(shù)字式頻率合成模塊DDSSynthesizer的信號輸出端連接，濾波器模塊FilterModule的信號輸出端與自動電平控制模塊ALC的信號輸入端連接，自動電平控制模塊ALC的信號輸出端作為信號提取模塊的輸出即頻率合成系統(tǒng)的輸出射頻信號。全文摘要一種通過提取DDS諧波及鏡像實現(xiàn)的寬帶矢量信號合成系統(tǒng)，它包括晶體振蕩器、鎖相環(huán)模塊PLL、直接數(shù)字式頻率合成模塊、信號提取模塊和中央處理單元。本發(fā)明的系統(tǒng)中，以高穩(wěn)定度、低相噪恒溫晶振作為時鐘，以低雜散、低相噪、高精度鎖相環(huán)路作為DDS的可變時鐘，在DDS后引入ALC電路來對DDS輸出信號的電平加以控制，用YIG濾波器來實現(xiàn)對DDS輸出信號的頻譜提純，以中央處理器來控制PLL、DDS、ALC電路以及YIG濾波器。在不提高采樣頻率的前提下，通過提取DDS輸出的鏡像頻率分量及諧波頻率分量，利用DDS直接輸出DC～10GHz的寬帶矢量信號。文檔編號H03L7/08GK101777909SQ200910264209公開日2010年7月14日申請日期2009年12月31日優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日發(fā)明者葉豐萍申請人:南京國睿安泰信科技股份有限公司