CN101281246A - 一种基于pxi总线的模块化相位相干多通道信号发生器 - Google Patents
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Abstract
一种基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，涉及测试技术领域，主控计算机通过系统接口和系统总线连接，系统总线通过信号线分别和时钟发生与分配器、本振信号源、N个矢量调制通道连接，时钟发生与分配器和本振信号源之间通过两条信号线分别向对方提供时钟信号，时钟发生与分配器通过2×N+2条信号线分别向N个矢量调制通道提供时钟信号和触发信号、对外提供时钟扩展接口和触发扩展接口，本振信号源通过信号线和本振功分器连接，本振功分器通过N+1条信号线和N个矢量调制通道连接、对外提供通道扩展接口，每个矢量调制通道均对外提供相干信号输出接口。本发明具有相位调整范围宽，体积小重量轻，系统灵活性高，成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及测试技术领域，具体地说是一种基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器。
背景技术
在测试技术领域中，多通道接收设备是进行电子测向的主要设备，在无线电管理、电磁频谱监测和雷达无源定位等领域得到广泛应用。多通道接收设备的基本原理是同时利用多个接收通道接收被测辐射源的辐射信号，通过比较各路辐射信号间的相位差和幅度差并进行相应处理，就可以得到被测辐射信号源的方向信息。比幅方式有比幅单脉冲测向和多波束测向，是通过比较不同接收通道的信号幅度差，实现信号到达方向的测试，测向精度较低。比相方式有相位相干仪测向和巴特勒阵测向，均使用多通道相干接收机测量出不同通道接收到的信号的相位差来识别目标的方位信息，测向精度高、灵敏度高、截获概率大。
现有的雷达无源定位可以迅速确定雷达辐射信号源的位置，也是采用分开布置的几个测试站共同完成，或者由测试站在运动过程中连续测量来实现，有交叉定位和时差定位等多种方法，其基本原理也可等效为多通道接收机。
由于多通道接收设备接收到的信号是来源于同一个辐射源的，必然相位相干，因此在进行多通道接收设备的性能测试时，就需要一种相位相干的多通道信号发生装置来模拟产生如图1所示的多通道测试信号，多通道信号频率一样，但相互之间存在一定的相位差、幅度差和时间差。目前，在相位相干多通道信号发生方面，主要有开关延迟线法、移相器法、矢量信号发生器法几种方案。
开关延迟线法通过多路功分开关的方式让同一信号经过不同电长度的延迟线后输出，由于延迟线的电长度不一样，同一信号通过各路延迟线后输出信号间的相位就不一样，从而实现了多通道相位相干信号的发生。
移相器法基本原理同开关延迟线法相同，只不过采用移相器来代替延迟线实现信号相干性的调整。移相器一般采用数控移相器。
矢量信号发生器方案是将一台通用矢量信号发生器中的射频合成未调制信号引出，通过功分后分别送入其它几个信号发生器中替代其机内原有射频信号，然后分别通过机内矢量调制和功率控制电路实现对相位和幅度的自由控制，从而实现多通道相位相干信号的发生。在这里，相位的改变是通过改变机器内部用于矢量调制的双通道任意波形发生器的控制数据实现的，为了保证基带信号的相干性，还需要一台信号发生器提供统一的基带时钟。
上述方案均存在一定的缺点或不足。
开关延迟线法中，由于延迟线的长度是固定的，相位延迟的大小和信号频率有关，另外不同长度延迟线的数量也有限，因此开关延迟线法的工作频段一般较窄，相位相干的相位调整范围只能是有限的几个，无法实现对相干性的实时校准、修正和连续准确的调节，应用范围有限，测试精度难以保证。而且通道之间也无法实现幅度的连续调节。
移相器法中，相位调整精度取决于数控移相器的相位分辨率，工作频率范围也比较有限，移相器法也基本上用于一些专用测试系统的组建上，难以实现大范围的通用。
矢量信号发生器方案，大多是基于通用矢量信号发生器加上专用测试软件以及测试附件实现的，不可避免地造成系统体积庞大，价格昂贵，而且可扩展性差。以典型8通道20GHz相位相干信号发生系统为例，需要9台20GHz矢量信号发生器以及配套的测试附件和主控计算机组成，系统高度近两米，重量在400公斤以上，单套价格高于1000万元。因此，难以满足现场测试的需要，不利于大范围内的推广应用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，采用标准PXI机箱结构，可以在很宽的频带内实现多路信号间相位差和幅度差的连续精确调节，具有相位调整范围宽，体积小重量轻，系统灵活性高，成本低廉的优点。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，包括主控计算机，其特征在于：主控计算机通过系统接口和系统总线连接，系统总线通过信号线分别和时钟发生与分配器、本振信号源、N个矢量调制通道连接，时钟发生与分配器和本振信号源之间通过两条信号线分别向对方提供时钟信号，时钟发生与分配器通过2×N+2条信号线分别向N个矢量调制通道提供时钟信号和触发信号、对外提供时钟扩展接口和触发扩展接口，本振信号源通过信号线和本振功分器连接，本振功分器通过N+1条信号线和N个矢量调制通道连接、对外提供通道扩展接口，每个矢量调制通道均通过射频输出端口对外提供相干信号输出接口。
在上述技术方案的基础上，时钟发生与分配器通过2×N条信号线分别向N个矢量调制通道中的基带信号发生器提供时钟信号和触发信号。
在上述技术方案的基础上，本振信号源产生宽带射频合成信号。
在上述技术方案的基础上，所说的矢量调制通道中，通过和矢量调制器连接的基带信号发生器实现相位调整，所说的基带信号发生器为双通道任意波形发生器。
在上述技术方案的基础上，所说的本振信号源为台式合成信号源，所说的本振功分器为PXI本振功分模块，所说的时钟发生与分配器为PXI时钟发生与分配模块，所说的矢量调制通道为PXI矢量调制通道模块，所说的主控计算机为主控计算机PXI控制器。
本发明所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器采用标准PXI机箱结构，可以在很宽的频带内实现多路信号间相位差和幅度差的连续精确调节，具有相位调整范围宽，体积小重量轻，系统灵活性高，成本低廉的优点
附图说明
本发明有如下附图：
图1相干多通道信号示意图
图2基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器结构示意图
图3基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器原理示意图
图4基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器模块化结构示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图2为基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器结构示意图，如图2所示，本发明所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器包括主控计算机，主控计算机通过系统接口和系统总线连接，系统总线通过信号线分别和时钟发生与分配器、本振信号源、N个矢量调制通道连接，时钟发生与分配器和本振信号源之间通过两条信号线分别向对方提供时钟信号，时钟发生与分配器通过2×N+2条信号线分别向N个矢量调制通道提供时钟信号和触发信号、对外提供时钟扩展接口和触发扩展接口，本振信号源通过信号线和本振功分器连接，本振功分器通过N+1条信号线和N个矢量调制通道连接、对外提供通道扩展接口，每个矢量调制通道均通过射频输出端口对外提供相干信号输出接口。所说的系统总线为PXI总线。所说的主控计算机、系统接口、系统总线、信号线、时钟发生与分配器、本振信号源、矢量调制通道、扩展时钟接口、本振功分器、通道扩展接口、相干信号输出接口均可采用现有技术实现。
在上述技术方案的基础上，时钟发生与分配器通过2×N条信号线分别向N个矢量调制通道中的基带信号发生器提供时钟信号和触发信号。
在上述技术方案的基础上，本振信号源产生宽带射频合成信号。所说的宽带射频合成信号的带宽是2～18GHz，例如可以是2GHz、2.5GHz、3GHz、3.5GHz、4GHz、4.5GHz、5GHz、5.5GHz、6GHz、6.5GHz、7GHz、7.5GHz、8GHz、8.5GHz、9GHz、9.5GHz、10GHz、11GHz、12GHz、13GHz、14GHz、15GHz、16GHz、17GHz、18GHz。
在上述技术方案的基础上，所说的矢量调制通道中，通过和矢量调制器连接的基带信号发生器实现相位调整，所说的基带信号发生器为双通道任意波形发生器。
在上述技术方案的基础上，所说的本振信号源为台式合成信号源，所说的本振功分器为PXI本振功分模块，所说的时钟发生与分配器为PXI时钟发生与分配模块，所说的矢量调制通道为PXI矢量调制通道模块，所说的主控计算机为主控计算机PXI控制器。
本发明所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器的工作原理是：使用同一个本振信号源产生宽带射频合成信号，将该宽带射频合成信号通过本振功分器进行同相功分后分成多路，其中1路用于通道扩展，其余N路信号分别提供给N个矢量调制通道；进入矢量调制通道的信号分别经过特定矢量控制和幅度调整后输出多路相干信号。所说的时钟发生与分配器作为本发明所述的相位相干多通道信号发生器的频率和时间基准，实现相位相干多通道信号发生器系统内外部时钟的切换，为本振信号源提供外部时钟或者接收本振信号源的时钟输出作为矢量调制通道中基带信号发生器的公共时钟信号和触发同步时钟信号，完成多路时钟分配和触发生成，为各个矢量调制通道提供时钟和触发信号，并提供一路时钟用作进一步的通道扩展。通过以上技术措施可保证本发明所述的相位相干多通道信号发生器的各个部分在时间/频率上的相干性。所说的本振信号源锁定在外部时钟上或者利用本身高稳定度时钟作为本发明所述的相位相干多通道信号发生器的公共时钟源。本振信号源输出高分辨率低噪声射频合成信号，作为本发明所述的相位相干多通道信号发生器的同一射频信号。本振功分器实现对同一射频信号的多路同相功分，功分后的多路射频信号分别作为N个矢量调制通道的输入信号，在矢量调制通道中实现相位、幅度、时间的调整。所说的主控计算机实现人机交互，完成各种信息状态的显示，各种数据运算和处理，提供操作指导，并通过系统接口把计算机标准总线转换成本发明所述的相位相干多通道信号发生器的系统总线，实现对低噪声参考发生、本振信号源、矢量调制通道的控制。
图3为基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器原理示意图，如图3所示，为保证最终多路输出信号的相干性，首先必需做到射频相干，而由同一本振源经同相功分器功分后的多路射频信号必然是相干的。但是各路射频信号经过的每个矢量调制通道是完全独立不相关的，因此信号经过各个矢量调制通道的延迟不会完全一样，从而会造成最终输出射频信号间存在一定的相位偏移。但是，对于一个给定频率和幅度的信号，每个通道产生的相位偏移是固定的。一旦相位偏移确定，相位对齐就可以通过矢量通道中的相位调整功能来实现，因此采用本方法任意频率、幅度和温度下的相位差都可以得到修正。如图3所示：在矢量调制通道中，相位调整通过矢量调制的方法来实现，即利用基带信号发生器控制矢量调制器实现相位调整功能。因此对信号相位的控制就转化为对各个射频矢量通道模块中的基带信号发生器的控制。每个射频矢量通道中的基带信号发生器均由双通道任意波形发生器AWG组成，双通道任意波形发生器AWG可以创造和产生任何可以设想的波形，通过对双通道任意波形发生器AWG的控制即可方便的实现各个通道之间相干性及其任意变化规律的控制。在相干多通道信号发生系统中，除了保证射频相干外，各射频矢量通道在基带级上还必需相干，即必须基带相干。所以在各个射频矢量通道中的基带发生器的设计上，采用同一个时钟解决在基带级上的相干性，本发明采用时钟发生与分配器通过2×N条信号线分别向N个矢量调制通道中的基带信号发生器提供时钟信号和触发信号的方式实现这一目的。同时采用外部触发方式，将基带信号发生器的时钟锁存到同一时刻上，这样，可很好地解决时间上的同步问题。
为保证系统的开放性，允许用户根据具体的测试需求灵活裁剪、配置和搭建自己的相干多通道信号发生系统，本发明所述的相位相干多通道信号发生器可以通过现有技术采用基于台式仪器和PXI总线机箱的混合体系架构实现。例如：可以如图4所示，采用外置台式合成信号源作为相干多通道信号发生的射频本振，利用主控计算机PXI控制器作为主控计算机，配以PXI本振功分模块、PXI时钟发生与分配模块、PXI矢量调制通道模块组成基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器。利用PXI本振功分模块、PXI时钟发生与分配模块的扩展功能，灵活的增加或减少PXI本振功分模块、PXI时钟发生与分配模块、PXI矢量调制通道模块实现不同通道数的相干信号发生器。
本发明所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器采用矢量调制法实现相干多通道信号发生，具有工作频段宽，可从射频覆盖到微波频段，相位调整范围大、移相精度高、调节分辨率精细等优点，而且还可以同时实现多路通道信号的幅度、频率调整，并能方便的通过数字方式实现对多通道信号相干性的实时校准和修正。本发明所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器可以采用外置台式仪器加PXI总线标准机箱的体系架构，配置不同数量的模块可实现不同通道数的相干信号发生，在软硬件上可扩展性好，配置灵活，利用该方法用户可方便的搭建自己所需的相干多通道信号发生系统。因此具有体积小，成本低，通用性好的优势。
本发明所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器采用一个本振源经过同相功分后得到多路射频信号实现射频相干，利用同一时钟源和触发信号实现基带相干，因此实现的多通道信号之间相干性好，同时温度稳定性和漂移小。
本发明所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器的基本原理是利用共源矢量调制技术实现相位相干多通道信号的产生，其优点是可以在很宽的频带内实现多路信号间相位差和幅度差的连续精确调节，而且相位调整范围宽，解决了现有开关延迟线法、数控移相器法工作频率范围较窄，相位调整范围有限，无法进行相位的连续精确调节等问题。同时该设备基于模块化的设计思想，充分考虑相位相干多通道信号发生的可扩展性，采用标准PXI机箱结构，利用外置同一台式本振源加多个独立的PXI微波矢量调制通道模块来实现，不仅增加了系统的灵活性，而且同基于通用矢量信号发生器实现相位相干多通道信号发生的方案相比，成本降低约10倍，体积重量均大幅度减小。本发明主要用于多基地雷达、多通道测向接收机的性能测试中，可以降低测试费用，节约测试时间，提高测试精度。
Claims (9)
1.一种基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，包括主控计算机，其特征在于：主控计算机通过系统接口和系统总线连接，系统总线通过信号线分别和时钟发生与分配器、本振信号源、N个矢量调制通道连接，时钟发生与分配器和本振信号源之间通过两条信号线分别向对方提供时钟信号，时钟发生与分配器通过2×N+2条信号线分别向N个矢量调制通道提供时钟信号和触发信号、对外提供时钟扩展接口和触发扩展接口，本振信号源通过信号线和本振功分器连接，本振功分器通过N+1条信号线和N个矢量调制通道连接、对外提供通道扩展接口，每个矢量调制通道均通过射频输出端口对外提供相干信号输出接口。
2.如权利要求1所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，其特征在于：时钟发生与分配器通过2×N条信号线分别向N个矢量调制通道中的基带信号发生器提供时钟信号和触发信号。
3.如权利要求1或2所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，其特征在于：本振信号源产生宽带射频合成信号。
4.如权利要求1或2所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，其特征在于：所说的矢量调制通道中，通过和矢量调制器连接的基带信号发生器实现相位调整，所说的基带信号发生器为双通道任意波形发生器。
5.如权利要求3所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，其特征在于：所说的矢量调制通道中，通过和矢量调制器连接的基带信号发生器实现相位调整，所说的基带信号发生器为双通道任意波形发生器。
6.如权利要求1或2所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，其特征在于：所说的本振信号源为台式合成信号源，所说的本振功分器为PXI本振功分模块，所说的时钟发生与分配器为PXI时钟发生与分配模块，所说的矢量调制通道为PXI矢量调制通道模块，所说的主控计算机为主控计算机PXI控制器。
7.如权利要求3所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，其特征在于：所说的本振信号源为台式合成信号源，所说的本振功分器为PXI本振功分模块，所说的时钟发生与分配器为PXI时钟发生与分配模块，所说的矢量调制通道为PXI矢量调制通道模块，所说的主控计算机为主控计算机PXI控制器。
8.如权利要求4所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，其特征在于：所说的本振信号源为台式合成信号源，所说的本振功分器为PXI本振功分模块，所说的时钟发生与分配器为PXI时钟发生与分配模块，所说的矢量调制通道为PXI矢量调制通道模块，所说的主控计算机为主控计算机PXI控制器。
9.如权利要求5所述的基于PXI总线的模块化相位相干多通道信号发生器，其特征在于：所说的本振信号源为台式合成信号源，所说的本振功分器为PXI本振功分模块，所说的时钟发生与分配器为PXI时钟发生与分配模块，所说的矢量调制通道为PXI矢量调制通道模块，所说的主控计算机为主控计算机PXI控制器。
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