CN102109596A - 一种宽频线性调频连续波信号产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频线性调频连续波信号产生装置，用于毫米波测速测距雷达的信号源部分。该装置包括信号产生控制模块、电源供电模块、上变频模块以及信号调理电路；所述信号产生控制模块包括控制器及与该控制器信号连接的数字频率合成器；所述上变频模块包括上混频器和带通滤波器，上混频器的输出端和带通滤波器的输入端相连；所述信号调理电路包括顺次信号连接的射频变压器、功率放大器、模拟低通滤波器；其中数字频率合成器的输出与射频变压器的输入相连接，模拟低通滤波器的输出与上混频器的输入相连接；电源供电模块用于各部件的供电。相比现有技术，本发明具有信号线性度好、输出带宽较宽、结构简单、稳定可靠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种调频连续波信号产生装置，尤其涉及一种宽频线性调频连续波信号产生装置，用于毫米波测速测距雷达的信号源部分。
背景技术
连续波雷达利用连续波波形，该波形可以看成是形式为 
的纯正弦波。从静止目标和杂波来的雷达回波的频谱将集中在
处。运动目标回波的中心频率将便宜
，即多普勒频率。因此，通过测量该频率差，连续波雷达可以非常精确的提取目标的径向速度。由于连续波辐射的连续特性，不能对运动物体进行距离测量。因此采用线性调频连续波，这样既可以测量距离，也可以测量多普勒信息。所以需要产生调频连续波信号。
目前，最成熟的线性调频连续波信号的产生方式是通过专用DDS（Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器，以下简称数字频率合成器）芯片来产生。当然也可以采用压控振荡器和其他方法来实现，但是其实现方法相对于专用DDS芯片来说要复杂的多，线性度也很难达到要求，并且实时更改其频率范围也要困难的多。由于毫米波雷达高的分辨率和测距精度越来越受到各国的青睐，目前已经得到越来越广泛的应用，正是由于其高的距离分辨率和测距精度从而对其调频连续波的线性度提出了更高的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种能够满足毫米波线性调频连续波雷达对距离分辨率和调频线性度的要求，且结构简单，成本低廉的宽频线性调频连续波信号产生装置。
本发明采用以下技术方案：
一种宽频线性调频连续波信号产生装置，该装置包括信号产生控制模块、电源供电模块、上变频模块以及信号调理电路；所述信号产生控制模块包括控制器及与该控制器信号连接的数字频率合成器；所述上变频模块包括上混频器和带通滤波器，上混频器的输出端和带通滤波器的输入端相连；所述信号调理电路包括顺次信号连接的射频变压器、功率放大器、模拟低通滤波器；其中数字频率合成器的输出与射频变压器的输入相连接，模拟低通滤波器的输出与上混频器的输入相连接；电源供电模块用于各部件的供电。
所述控制器为FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）。
所述信号产生控制模块还包括一个外接晶振，该晶振发出的时钟信号经功分器分为两路分别传输给FPGA及数字频率合成器。
所述宽频线性调频连续波信号产生装置的控制参数通过与所述FPGA的输入端相连接的计算机输入；该计算机与FPGA可通过各种有线或无线方式连接，本发明采用最常用的以太网连接。
本发明采用FPGA控制数字频率合成器产生调频连续波信号，使整个装置的结构简单，成本低廉，并使用外接晶振输入时钟信号从而满足了对系统时钟的高要求；并通过与FPGA连接的计算机进行控制指令的输入，可通过计算机软件界面实时控制其输出频率、带宽和幅度等控制参数。相比现有技术，本发明具有信号线性度好、输出带宽较宽、结构简单、稳定可靠的优点。
附图说明
图1为本发明的宽频线性调频连续波信号产生装置的结构框图；
图2为本发明的宽频线性调频连续波信号产生装置的硬件结构示意图；
图3为本发明的宽频线性调频连续波信号产生装置生成调频连续波信号的过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
本发明的宽频线性调频连续波信号产生装置，如附图1所示（图中虚线框内部分），包括信号产生控制模块、电源供电模块、上变频模块以及信号调理电路；所述信号产生控制模块包括控制器及与该控制器信号连接的数字频率合成器；所述上变频模块包括上混频器和带通滤波器，上混频器的输出端和带通滤波器的输入端相连；所述信号调理电路包括顺次信号连接的射频变压器、功率放大器、模拟低通滤波器；其中数字频率合成器的输出与射频变压器的输入相连接，模拟低通滤波器的输出与上混频器的输入相连接；电源供电模块用于各部件的供电。
本具体实施方式中，所述控制器采用FPGA模块Virtex-4 FX12 Mini Module，所述数字频率合成器采用型号为AD9910的DDS芯片，FPGA模块Virtex-4 FX12 Mini Module的信号输入端通过千兆以太网与一台PC机连接，采用截止频率为100MHz的有源晶振作为系统时钟来源，该晶振发出的时钟信号通过功分器分为两路分别传输给Virtex-4 FX12 Mini Module芯片及AD9910芯片，功率放大器采用Hittite公司的HMC474，上混频器采用Hittite公司的HMC915LP4，并在HMC474的后一级采用截止频率300MHz的模拟低通滤波器来滤除功率放大器所必然产生的噪声，电源管理模块主要包括产生+5V、+3.3V、+2.5V、+1.8V和+1.2V的线性稳压器芯片，将外接电源电压转换为各部件所需的电压。整个装置的硬件结构如附图2所示。
使用上述产生调频连续波信号时，首先通过计算机上的事先编写好的控制界面分别输入调频连续波信号的起始频率、截止频率、调频周期等控制参数，计算机通过千兆以太网将上述数据送给FPGA进行数据处理，同时计算机也可以通过千兆以太网接收FPGA处理信号，并进行数据处理。因此，我们可以通过计算机软件界面方便的设置所需信号形式（三角波或锯齿波），在允许的范围内进行相应的修改，自由设定。
FPGA接收到上层计算机的数据后通过内部编程操作将其转化为数字频率合成器AD9910的各种控制信号，包括：SCLK信号（时钟信号）、SDATA（串行数据）、RESET（复位信号）、UPDATA（数据更新信号）、CS（片选信号）、DRCTL（扫频控制信号）等。产生的上述控制信号通过FPGA的IO口分别于AD9910的对应引脚相连接，AD9910在上述控制信号的作用下现将其写入到内部自带的寄存器中，首先根据控制字将外部的时钟输入信号倍频到系统工作时钟频率1GHz，芯片在1GHz的系统时钟频率下根据事先设置好的控制字生成相应的信号频率和幅度。
AD9910产生的信号通过差分引脚输出，通过射频变压器将其转化为单端信号。为了后面电路的需求需要加一个功率放大器，采用Hittite公司的HMC474，输出可以达到8dBm（如需更大信号功率可以更换其他放大器芯片）。由于使用了功率放大器，该放大器的最大增益达到15dBm，因此必然会引入噪声，需要在后一级增加一级滤波器电路，本具体实施方式采用截止频率300MHz的定制模拟低通滤波器，经过滤波后的信号频谱纯净。
滤波后的信号与来自TR组件的1GHz的信号通过上混频器HMC915LP4上混频，混频后信号输出的频率范围为1.05GHz到1.25GHz，经过带通滤波器滤除其高频分量和低频分量，保留所需信号频率。此时产生的信号已可满足需求，可将该信号送入雷达TR组件的输入端，供TR组件使用。整个连续波信号产生过程如附图3所示。
由于毫米波雷达的距离分辨率为ΔR=C/2B，C为光速，B为带宽。要求雷达距离分辨率小于0.8m，所以B=187.5MHz，综合各方面的因素考虑选择带宽为200MHz。所以选取的信号的频率范围为50MHz到250MHz，200MHz的信号带宽。而本发明装置可以产生的信号频率范围为从0到400MHz，在此频率范围内可以产生任意带宽的线性调频连续波信号，所以完全满足线性调频连续波雷达所需的信号频率范围。本发明装置在低频段产生高精度、高分辨率和高线性度的线性调频信号，然后将低频线性调频信号上变频至微波段，从而大大提高了微波段调频信号的线性度和精度。
Claims (9)
1.一种宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，该装置包括信号产生控制模块、电源供电模块、上变频模块以及信号调理电路；所述信号产生控制模块包括控制器及与该控制器信号连接的数字频率合成器；所述上变频模块包括上混频器和带通滤波器，上混频器的输出端和带通滤波器的输入端相连；所述信号调理电路包括顺次信号连接的射频变压器、功率放大器、模拟低通滤波器；其中数字频率合成器的输出与射频变压器的输入相连接，模拟低通滤波器的输出与上混频器的输入相连接；电源供电模块用于各部件的供电。
2.如权利要求1所述宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，所述控制器为FPGA。
3.如权利要求2所述宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，所述信号产生控制模块还包括一个外接晶振，该晶振发出的时钟信号经功分器分为两路分别传输给FPGA及数字频率合成器。
4.如权利要求3所述宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，所述外接晶振的截止频率为100MHz。
5.如权利要求4所述宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，所述模拟低通滤波器的截止频率为300 MHz。
6.如权利要求2所述宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，该装置的控制参数通过与所述FPGA的输入端相连接的计算机输入。
7.如权利要求6所述宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，所述计算机通过以太网与FPGA连接。
8.如权利要求1至7所述宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，所述数字频率合成器为AD9910芯片。
9.如权利要求2至7所述宽频线性调频连续波信号产生装置，其特征在于，所述FPGA为Virtex-4 FX12 Mini Module模块。
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