CN103296971B - 一种产生调频信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种产生调频信号的方法和装置，所述方法包括：分别产生调制信号和预设参考频率的低频信号；根据所述低频信号的预设参考频率，产生待调制信号；将所述低频信号进行上变频，产生上变频信号；用所述调制信号调制所述待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号；将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号。本发明能够在生产实践中既保证信号质量又能实现调频频偏固定的要求。

Description

一种产生调频信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及调频信号领域，特别是涉及一种产生调频信号的方法，以及一种产生调频信号的装置。

背景技术

在生产实践和科技领域中，常常需要具备一定电参数的调频信号进行系统测试和科学研究。

作为系统测试的调频信号，通常要求其调频频偏固定。调频频偏是指调频信号频率偏离中心频率（固定值）的最大偏移量，工程上使用时，一般要求为线性关系，称之为线性调频。然而，当载波信号频率在宽范围内任意变化（例如2kHz～160kHz）时，由于载频变化范围较宽，现有的方法无法在实际应用中既保证信号质量又能实现调频频偏固定的要求。载频变化范围的大小一般用频率最大值与最小值相比来判断。

为了提供一种频率在宽范围内任意变化而调频频偏固定的调频信号，一般的方法有以下两种：

（a）采用函数发生器，使用其外调制功能，直接产生所需的信号，该方法所产生的信号质量与函数发生器性能直接相关，使用成本较高。该方法对要求使用成本低的条件下不宜采用。

（b）直接调制方式，由于载波频率范围很宽，该方法电路参数只能满足频率不变或变化较小时的要求，故所产生的信号质量较差。该方法在对信号质量要求较高的情况下不宜使用。

因而，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何提出一种产生调频信号的机制，能够在生产实践中既保证信号质量又能实现调频频偏固定的要求。

发明内容

本申请提供一种产生调频信号的方法，以解决生产实践中无法在保证信号质量的前提下实现调频频偏固定的问题。

相应的，本申请还提供了一种产生调频信号的装置，用以保证上述方法在实际中的应用。

为了解决上述问题，本申请公开了一种产生调频信号的方法，包括：

分别产生调制信号和预设参考频率的低频信号；

根据所述低频信号的预设参考频率，产生待调制信号；

将所述低频信号进行上变频，产生上变频信号；

用所述调制信号调制所述待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号；

将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号。

优选地，所述将低频信号进行上变频，产生上变频信号的步骤包括：

产生所述预设参考频率的参考信号；

将所述低频信号与参考信号进行混频，产生和频信号；

对所述和频信号放大和滤波，产生上变频信号。

优选地，所述调制信号的幅度可以调节，所述用调制信号调制待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号的步骤包括：

用所述调制信号调制待调制信号，产生具有调频频偏的调频信号；

调节所述调制信号的幅度至所述调频信号的调频频偏固定，产生固定调频频偏的调制信号。

优选地，所述方法还包括：

对所述固定调频频偏的调频信号进行放大。

优选地，所述将固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号的步骤包括：

将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生差频调频信号；

对所述差频调频信号进行放大和滤波，产生下变频调频信号。

本发明还公开了一种产生调频信号的装置，包括：

信号产生单元，用于分别产生调制信号和预设参考频率的低频信号；

待调制信号产生单元，用于根据所述低频信号的预设参考频率，产生待调制信号；

上变频单元，用于将所述低频信号进行上变频，产生上变频信号；

调频信号产生单元，利用所述调制信号调制所述待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号；

下变频单元，用于将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号。

优选地，所述上变频单元包括：

参考信号产生组件，用于产生所述预设参考频率的参考信号；

混频组件，用于将所述低频信号与参考信号进行混频，产生和频信号；

放大滤波组件，用于对所述和频信号放大和滤波，产生上变频信号。

优选地，所述调制信号的幅度可以调节，所述调频信号产生单元包括：

调制组件，利用所述调制信号调制待调制信号，产生具有调频频偏的调频信号；

频偏固定组件，用于调节所述调制信号的幅度至所述调频信号的调频频偏固定，产生固定调频频偏的调制信号。

优选地，所述装置还包括：

放大组件，用于对所述固定调频频偏的调频信号进行放大。

优选地，所述下变频单元包括：

混频组件，用于将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生差频调频信号；

放大滤波组件，用于对所述差频调频信号进行放大和滤波，产生下变频调频信号。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

第一，本发明实施例可以通过一次调制和两次频率变换的间接调频方法产生所需要的调频信号，由于方法简单，没有进行多次的变换和处理，最终获得的调频信号好，而且相应的电路实现方案只需要两个变频器、两个振荡器以及几个附属电路等常见的器件即可完成所需的调制功能，电路简单实用，制造和使用成本较低，用户使用不会受到价格的限制。

第二，本发明实施例可以通过设置一个参考频率，并在信号变换和处理后，最终消除参考频率，使产生的调频信号频率只与进行变换和处理的低频信号与调制产生的调频信号有关。该方法最终的信号质量主要由产生低频信号的振荡器和产生调频信号的压控晶体振荡器决定，影响信号的因素少，便于调节与控制，通过本发明实施例，可获得信号质量较高的低频宽频域变化范围下固定调频频偏的调频信号。

附图说明

图1示出了本申请一种产生调频信号的方法实施例的步骤流程图；

图2示出了本发明一种产生调频信号的装置的结构框图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1，示出了本申请一种产生调频信号的方法实施例1的步骤流程图，可以包括：

步骤101，分别产生调制信号和预设参考频率的低频信号；

在实际应用中，往往需要把一些信息加载到传输的波形上，使原始信息变换为一种低频信号，即调制信号。根据实际的应用场景，可以选定一定的参考频率，有目的设定电路参数，如参考频率，使用这些参考频率的信号，可用于混频、调制、解调等信号处理过程。本发明实施例中，可以采用相应的振荡器产生与参考频率具有一定关系的低频信号，其载频信号频率可以设置为2kHz～200kHz等。

步骤102，根据所述低频信号的预设参考频率，产生待调制信号；

具体而言，可以根据实际的应用场景设定电路参数，采用本振频率与参考频率相同的振荡器，并经过相应的处理，可以产生与参考频率具有一定线性关系的信号。对于被调制的信号，在进行调制前，可以称为待调制信号。

步骤103，将所述低频信号进行上变频，产生上变频信号；

所谓上变频，是指将具有一定频率的输入信号，变换成具有更高频率的输出信号。在实际应用中，可以将低频信号输入混频器中，选择输出和频信号，产生较高频率的信号，实现上变频。当选择本振频率为实际应用中所需的参考频率的混频器时，将低频信号输入混频器进行混频得到的上变频信号的信号频率为低频信号频率与混频器本振频率的叠加，可以使产生的上变频信号频率与参考频率形成线性关系，以满足各种信号处理的需要。

步骤104，用所述调制信号调制所述待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号；

具体而言，调频频偏是指调频信号频率偏离中心频率（固定值）的最大值，与调制信号的幅度有相应函数关系，工程上使用时，一般要求为线性关系。在具体实现中，可以根据压控振荡器的输出信号频率与输入信号（调制信号）的电压幅度成线性关系，用调制信号调制压控晶体振荡器所产生的待调制信号，产生固定频偏的调频信号。

步骤105，将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号。

在本发明实施例中，可以将产生的固定调频频偏的调频信号和上变频信号相乘，选择输出它们的差频信号，产生下变频调频信号。当固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频选取它们的差频信号输出时，由于调频信号与上变频信号的频率都与参考信号具有线性关系，若进行一定的线性调节，便可以消除参考频率，使最终产生的下变频调频信号频率为低频信号频率与调频频偏的差值。

应用本发明实施例，可以通过一次调制和两次频率变换的间接调频方法产生所需要的调频信号，由于方法简单，没有进行多次的变换和处理，最终获得的调频信号好，而且相应的电路实现方案只需要两个变频器、两个振荡器以及几个附属电路等常见的器件即可完成所需的调制功能，电路简单实用，制造和使用成本较低，用户使用不会受到价格的限制。

实施例二

本申请还公开了一种产生调频信号的方法实施例2，可以包括：

步骤S1，分别产生调制信号和预设参考频率的低频信号；

在实际应用中，往往需要把一些信息加载到传输的波形上，使原始信息变换为一种低频信号，即调制信号。根据实际的应用场景，可以选定一定的参考频率，有目的设定电路参数，采用相应的振荡器产生与参考频率具有一定关系的低频信号。

步骤S2，根据所述低频信号的预设参考频率，产生待调制信号；

具体而言，可以根据实际的应用场景设定电路参数，采用相应的振荡器产生与参考频率具有一定关系的信号。对于被调制的信号，在进行调制前，可以称为待调制信号。

步骤S3，将所述低频信号进行上变频，产生上变频信号；

具体而言，可以将低频信号输入一个本振频率与参考频率相同的变频器中，经过混频选取它们的和频信号，并经过处理产生上变频信号。

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤S3可以包括以下子步骤：

子步骤S231，产生所述预设参考频率的参考信号；

在实际中，可以相应的振荡器产生一个与预设参考频率相同的参考信号，也可以由外部电路输入一个与参考频率相同的参考信号。

子步骤S232，将所述低频信号与参考信号进行混频，产生和频信号；

本发明实施例中，可以将低频信号与参考信号进行混频，让低频信号频率与参考频率叠加，产生一个较高频率的信号。

子步骤S233，对所述和频信号放大和滤波，产生上变频信号。

具体而言，放大和滤波可以选择性输出一定频率的信号，消除杂波和干扰，以保证产生的信号质量。

步骤S4，用所述调制信号调制所述待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号；

在本发明的一种优选实施例中，所述调制信号的幅度可以调节，所述步骤S4可以包括以下子步骤：

子步骤S241，用所述调制信号调制待调制信号，产生具有调频频偏的调频信号；

子步骤S242，调节所述调制信号的幅度至所述调频信号的调频频偏固定，产生固定调频频偏的调制信号。

在具体实现中，工程上一般使用线性调频，可以根据压控振荡器的输出信号频率与输入信号（调制信号）的电压幅度成线性关系，用调制信号调制压控晶体振荡器所产生的待调制信号并控制调制信号的幅度，使调制信号的调频频偏固定。在本发明实施例中，还可以选择本振频率与参考频率相同的压控晶体振荡器，使调制产生的调频信号频率与参考频率形成关联，以满足实际应用场合的处理需要。

在本发明的另一种优选实施例中，所述步骤S4还可以包括以下子步骤：

子步骤S243，对所述固定调频频偏的调频信号进行放大。

步骤S5，将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号。

在本发明的另一种优选实施例中，所述步骤S5可以包括以下子步骤：

子步骤S251，将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生差频调频信号；

子步骤S252，对所述差频调频信号进行放大和滤波，产生下变频调频信号。

具体而言，当固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频时，可以产生它们的差频信号。由于上变频信号的频率可以选择为参考频率和低频信号频率的叠加，而固定调频频偏的调频信号可以由调制信号调制本振频率与参考频率相同的待调制信号产生，故该调频信号频率可以为调频频偏与参考频率的叠加。即调频信号的频率和上变频信号的频率都是参考信号频率值和另一个频率值的叠加，当调频信号频率与上变频信号频率相减时，便消除了参考频率，可以使最终产生的下变频调频信号频率为低频信号频率与调频频偏的差值。

本发明实施例，可以通过设置一个参考频率，并在信号变换和处理后，最终消除参考频率，使产生的调频信号频率只与进行变换和处理的低频信号与调制产生的调频信号有关。该方法最终的信号质量主要由产生低频信号的振荡器和产生调频信号的压控晶体振荡器决定，影响信号的因素少，便于调节与控制，通过本发明实施例，可获得信号质量较高的低频宽频域变化范围下固定调频频偏的调频信号。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面通过一个具体实例进行说明。

产生一个低频信号，其频率为fd；

产生一个调制信号，其频率为fc；

将所述低频信号（频率fd）上变频，其参考频率为f01，输出信号频率为：

f03=f01+fd

采用调制信号（频率fc）调制可调晶体振荡器VCXO，其本振频率为f01，输出信号频率为：

f02=f01+Δf×cos（ω×t）

式中ω为调频信号角频率，t为时间，Δf为VCXO产生的调频频偏，通过调节输入到VCXO的vt端的调制信号（fc）幅度，使Δf恒定。

再将两种信号（f03和f02）混频，取其差频信号，消除参考频率f01，经滤波放大后，其输出信号频率为：

f04=fd+Δf×cos（ω×t）

频率为f04的信号即为所产生的固定调频频偏的调频信号。

实施例三

参照图2，示出了本发明一种产生调频信号的装置的结构框图，可以包括：

信号产生单元301，用于分别产生调制信号和预设参考频率的低频信号；

待调制信号产生单元302，用于根据所述低频信号的预设参考频率，产生待调制信号；

上变频单元303，用于将所述低频信号进行上变频，产生上变频信号；

调频信号产生单元304，利用所述调制信号调制所述待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号；

下变频单元305，用于将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种产生调频信号的方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (5)

1.一种产生调频信号的方法，其特征在于，包括：

分别产生调制信号和预设参考频率的低频信号；

根据所述低频信号的预设参考频率，产生待调制信号；

将所述低频信号进行上变频，产生上变频信号；

用所述调制信号调制所述待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号；

将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将低频信号进行上变频，产生上变频信号的步骤包括：

产生所述预设参考频率的参考信号；

将所述低频信号与参考信号进行混频，产生和频信号；

对所述和频信号放大和滤波，产生上变频信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制信号的幅度可以调节，所述用调制信号调制待调制信号，产生固定调频频偏的调频信号的步骤包括：

用所述调制信号调制待调制信号，产生具有调频频偏的调频信号；

调节所述调制信号的幅度至所述调频信号的调频频偏固定，产生固定调频频偏的调制信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

对所述固定调频频偏的调频信号进行放大。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生下变频调频信号的步骤包括：

将所述固定调频频偏的调频信号和上变频信号进行混频，产生差频调频信号；

对所述差频调频信号进行放大和滤波，产生下变频调频信号。