CN103312324B - 短波段信号的生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短波段信号的生成方法及系统，所述方法包括步骤：将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号，其中，所述第一信号的频率是连续渐变的，所述第一信号与所述第二信号的频率差大于零；通过混频器将所述第一信号和所述第二信号进行混频；通过低通滤波单元从所述混频器输出的混频信号中获取短波段信号，其中，所述低通滤波单元包括多段低通滤波器。实施本发明的方法及系统，可生成高稳定度、高精度、低噪声且连续可调的短波段信号。

Description

短波段信号的生成方法及系统

技术领域

本发明涉及信号发生技术领域，特别是涉及一种短波段信号的生成方法及系统。

背景技术

现有的信号发生技术中常见的信号发生器有点频信号发生器和宽频信号发生器。点频信号发生器产生的信号，具有高精度、高稳定度、低噪声等特性，但信号频率不能随需求的变化而变化。宽频信号发生器产生的信号，频率可以随需求变化，频率变化范围也足够宽，但信号精度低、稳定度低，而且频率变化的步进大，分辨率低。

发明内容

基于此，有必要针对现有的信号发生技术产生的信号无法兼有信号质量高与频率随需求变化这两个特性的问题，提供一种短波段信号的生成方法及系统。

一种短波段信号的生成系统，包括高稳晶振、混频器、并联在所述高稳晶振与所述混频器间的第一信号电路和第二信号电路，以及与所述混频器连接的低通滤波单元，

所述高稳晶振向所述第一信号电路和所述第二信号电路提供基准信号；

所述混频器接收所述第一信号电路输出的第一信号和所述第二信号电路输出的第二信号，进行混频后输出，其中，所述第一信号的频率是连续渐变的，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率均大于或等于300MHz，所述第一信号与所述第二信号的频率差范围为1MHz至31MHz；

所述低通滤波单元包括多段低通滤波器，接收所述混频器输出的混频信号，进行滤波后输出短波段信号。

一种短波段信号的生成方法，包括以下步骤：

将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号，其中，所述第一信号的频率是连续渐变的，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率均大于或等于300MHz，所述第一信号与所述第二信号的频率差范围为1MHz至31MHz；

通过混频器将所述第一信号和所述第二信号进行混频；

通过低通滤波单元从所述混频器输出的混频信号中获取短波段信号，其中，所述低通滤波单元包括多段低通滤波器。

本发明的短波段信号的生成方法及系统，通过并联的两个信号电路将高稳晶振提供的基准信号转换为第二信号和连续渐变的第一信号，使用混频器将两个信号混频，进而通过低通滤波单元将混频信号中的低频信号取出，所述低频信号为短波段信号，其具有高稳定度、高精度、低噪声和连续可调的特性。

附图说明

图1是本发明短波段信号的生成系统第一实施方式的结构示意图；

图2是图1中第一信号电路的优选结构示意图；

图3是图1中第二信号电路的优选结构示意图；

图4是本发明短波段信号的生成系统第二实施方式的结构示意图；

图5是本发明短波段信号的生成系统第四实施方式的结构示意图；

图6是图4中低通滤波器的优选结构示意图；

图7是本发明短波段信号的生成方法第一实施方式的流程示意图；

图8是本发明短波段信号的生成方法第二实施方式的流程示意图；

图9是本发明短波段信号的生成方法第三实施方式的流程示意图；

图10是本发明短波段信号的生成方法第四实施方式的流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明短波段信号的生成系统第一实施方式的结构示意图。所述短波段信号的生成系统，包括高稳晶振100、混频器200、并联在高稳晶振100与混频器200间的第一信号电路300和第二信号电路400，以及与混频器200连接的低通滤波单元500，其中：

高稳晶振100向第一信号电路300和第二信号电路400提供基准信号。混频器200接收第一信号电路300输出的第一信号和第二信号电路400输出的第二信号，进行混频后输出，其中，所述第一信号的频率是连续渐变的，所述第一信号与所述第二信号的频率差大于0。

低通滤波单元500包括多段低通滤波器，接收混频器200输出的混频信号，进行滤波后输出短波段信号。

上述短波段信号的生成系统，通过并联的两个信号电路300-400将高稳晶振100提供的基准信号转换为第二信号和连续渐变的第一信号，使用混频器200将两个信号混频，进而通过低通滤波单元500将混频信号中频率较低的信号取出，所述频率较低的信号为短波段信号，该短波段信号具有高稳定度、高精度、低噪声和连续可调的特性。

在本实施方式中，高稳晶振100优选地为温补晶振，温补晶振优选地提供精度范围为1/10¹²-1/10⁸、日稳定度范围为1/10¹²-1/10⁸的基准信号。高稳晶振100还可以是本领域可提供相同精度范围和稳定度范围信号的其他元器件。

混频器200优选地包括无源混频器和有源混频器。

对于低通滤波单元500，优选地可预先根据混频信号中频率较低的信号的频率范围(待输出的短波信号)，确定低通滤波单元500所包括的低通滤波器的段数，以及每段低通滤波器的截止频率，对不同的混频信号，使用不同的低通滤波器进行滤波，以提高输出的短波信号的纯度和有效抑制二次谐波。在本实施方式中，也可以采用本领域惯用的其他形式的低通滤波单元。

在一个实施例中，图1中的第一信号电路300如图2所示，优选地可包括依次连接的第一控制单元310、第一DDS(DirectDigitalSynthesizer，直接数字频率合成器)320和第一锁相环330，第一锁相环330与混频器200连接，第一DDS320同时与高稳晶振100连接。

第一控制单元310优选地为微控制器，也可以是其他处理器芯片。

第一锁相环330优选地包括鉴相器331、环路滤波器332、压控振荡器333和分频器334。鉴相器331的一个输入端与第一DDS320连接，另一个输入端与分频器334连接，输出端与环路滤波器332连接。环路滤波器332的输出端与电压控制振荡器333连接，电压控制振荡器333的一个输出端与分频器334连接，另一个输出端与混频器200连接。其中：

鉴相器331，用于对比分频器334输入的信号与第一DDS320输入的信号的相位差，相位差以周期脉冲宽度表现。

环路滤波器332，用于滤除鉴相器331输出的信号的高频分量，取出直流信号。环路滤波器332优选地可包括5阶高次滤波电路，能有效增加压控振荡器333输出的第一信号的稳定度。

压控振荡器333，用于根据环路滤波器332输出的直流信号，控制产生相应频率的输出信号。

分频器334，用于对压控振荡器33的输出信号进行分频，将分频后的信号输入到鉴相器331与第一DDS320输入的信号进行比较。

第二信号电路400优选地为连接于高稳晶振100与混频器200间的第二锁相环。第二锁相环与第一锁相环330的结构相同，但是内部的具体参数可不同。

上述实施例，通过调节第一DDS320的步进可生成高分辨率的第一信号，通过设置第一DDS320的输出信号的频率范围、分频器334的分频参数和第二锁相环中的分频器的分频参数，第一信号电路300可输出频率范围在300MHz以上的连续可调的第一信号，第二信号电路400可输出频率在300MHz以上的第二信号。第一信号与第二信号的频率主要由生成的短波信号要单独应用的设备或器件决定。

若生成的短波信号要应用于测量仪器、高性能电台、标准信号源等器件，短波信号的频率范围优选地为1MHz至31MHz，那么第一锁相环330中的压控振荡器要覆盖30MHz带宽，第一信号与第二信号的中心频率都要达到300MHz以上，所以第一锁相环330与第二锁相环均需输出300MHz以上的高频信号，然后再差频出所需的频率范围为1MHz至31MHz短波段信号。

若待应用的设备或器件所需的短波段信号为除1MHz至31MHz以外其它频率范围的短波段信号，需对应更改第一锁相环330的分频器334的分频参数和第二锁相环的分频器的分频参数或更改高稳晶振100提供的基准信号的频率，然后通过上述短波段信号的生成系统，可生成具有高精度、高稳定度、低噪声和连续可调的特性的目标范围内的短波段信号。

进一步地，通过设置高稳晶振100输出的基准信号的精度、稳定度、信噪比和设置第一DDS320的步进和输出信号的频率范围，实施本实施例所述的短波段信号的生成系统，可生成具有精度范围为1/10¹²-1/10⁸、分辨率为0.24Hz、稳定度范围为1/10¹²-1/10⁸、噪声低至-120dBc/Hz、连续可调特性的短波段信号。

在另一个实施例中，第一信号电路300如图2所示。第二信号电路400如图3所示，优选地包括依次连接的第二控制单元410、第二DDS420和第二锁相环430。

第二锁相环430与混频器200连接，第二DDS420同时与高稳晶振100连接。第二锁相环430包括鉴相器431、环路滤波器432、压控振荡器433和分频器434。鉴相器431的一个输入端与第二DDS420连接，另一个输入端与分频器434连接，输出端与环路滤波器432连接。环路滤波器432的输出端与电压控制振荡器433连接，电压控制振荡器433的一个输出端与分频器434连接，另一个输出端与混频器200连接。第二锁相环430中各器件的功能作用与第一锁相环330中各器件的功能作用相同，但具体的参数设置可不同。

上述实施例，通过调节第二DDS420的步进也可生成高分辨率的第二信号，通过设置第二DDS420的输出信号的频率范围、分频器434的分频参数，第二信号电路400也可输出频率在300MHz以上的连续可调的第二信号。

请参阅图4，图4是本发明短波段信号的生成系统第二实施方式的结构示意图。

本实施方式所述短波段信号的生成系统与第一实施方式的区别在于，还包括自动增益控制电路600和阻抗匹配网络700，自动增益控制电路600的输入端与低通滤波单元500连接，输出端与阻抗匹配网络700连接。阻抗匹配网络700优选地为50欧姆阻抗匹配电路。

自动增益控制电路600对低通滤波单元500的输出信号进行自动增益控制，获取高质量信号的短波段信号。

阻抗匹配网络700对自动增益控制电路600输出的信号进行阻抗匹配，匹配后的信号可作为其它模块的输入信号或者标准信号。

通过上述自动增益控制电路和阻抗匹配网络可将具有高精度、高稳定度、低噪声、连续可调特性的短波段信号直接作为测量仪器、高性能电台、标准信号源等的输入信号或者标准信号。

以下所述是本发明短波段信号的生成系统的第三实施方式。

本实施方式所述的短波段信号的生成系统与第一实施方式的不同之处在于：高稳晶振100提供频率为25MHz的基准信号，第二信号电路300中的第一DDS320将25MHz的基准信号转换为频率范围为301MHz至331MHz的参考信号，第一锁相环330的分频器334的分频参数为1，可对频率范围为301MHz至331MHz的参考信号作1倍频跟踪，产生频率范围为301MHz至331MHz的正弦信号(第一信号)。第二信号电路400中的第二锁相环的分频器的分频参数为12，可对25MHz的基准信号作12倍频，产生频率为300MHz的正弦信号(第二信号)。

优选地，高稳晶振100提供的基准信号的精度为1/10⁹、日稳定度为1/10⁹的基准信号，可使生成的短波段信号的精度和日稳定度相应达到1/10⁹。

混频器200将上述两个正弦信号进行混频，产生频率范围为601MHz至631MHz的第一叠加信号和频率范围为1MHz至31MHz的第二叠加信号。

低通滤波单元500将频率范围为1MHz至31MHz的第二叠加信号(本发明所述短波段信号)提取出来。

请参阅图5，图5是本发明短波段信号的生成系统第四实施方式的结构示意图。本实施方式所述短波段信号的生成系统与第一实施方式的不同之处在于：低通滤波单元800包括五段并联的低通滤波器801-805。在其他实施方式中，低通滤波单元500所包括的低通滤波器高于五段时，优选地，各段低通滤波器间的连接关系与低通滤波单元800中各段低通滤波器801-805的连接关系相同，对混频器200输出的混频信号进行滤波的方式相同。

若混频器200输出的混频信号中频率较低的信号的频率范围为1MHz至31MHz，优选地，低通滤波单元800中的各段低通滤波器801-805的具体设置如下：第一段低通滤波器801的截止频率为2MHz，在所述频率较低的信号大于或等于1MHz且小于2MHz时，将输入信号的多次谐波全部滤除；第二段低通滤波器802的截止频率为4MHz，在所述频率较低的信号大于或等于2MHz且小于4MHz时，将输入信号的多次谐波全部滤除；第三段低通滤波器803的截止频率为8MHz，在所述频率较低的信号大于或等于4MHz且小于8MHz时，将输入信号的多次谐波全部滤除；第四段低通滤波器804的截止频率为16MHz，在所述频率较低的信号大于或等于8MHz且小于16MHz时，将输入信号的多次谐波全部滤除；第五段低通滤波器805的截止频率为32MHz，在所述频率较低的信号大于或等于16MHz且小于32MHz时，将输入信号的多次谐波全部滤除。

低通滤波器801-805优选地为8阶以上的低通滤波器，如图6所示，8阶低通滤波器包括电容C1-C4和电感L1-L4，电容C1的输出端接地，输入端分别与混频器200的输出端和电感L1的输入端连接；电容C2的输出端接地，输入端分别与电感L1的输出端和电感L2的输入端连接；电容C3的输出端接地，输入端分别与电感L2的输出端和电感L3的输入端连接；电容C4的输出端接地，输入端分别与电感L3的输出端和电感L4的输入端连接。8阶低通滤波器可有效抑制二次谐波，提高输出信号的纯度。

在本发明的其他实施例中，低通滤波器801-805为除8阶以外的其他高阶低通滤波器，其内部电容与电感的连接和工作方式优选地与8阶低通滤波器相同。

低通滤波器801-805优选地为巴特沃斯低通滤波器，可增强输出信号的频率稳定性。

请参阅图7，图7是本发明短波段信号的生成方法第一实施方式的流程示意图。本实施方式所述短波段信号的生成方法，包括以下步骤：

步骤101，将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号，其中，所述第一信号的频率是连续渐变的，所述第一信号与所述第二信号的频率差大于零。

步骤102，通过混频器将所述第一信号和所述第二信号进行混频。

步骤103，通过低通滤波单元从所述混频器输出的混频信号中获取短波段信号，其中，所述低通滤波单元包括多段低通滤波器。

上述短波段信号的生成方法，通过将高稳晶振提供的基准信号转换为第二信号和连续渐变的第一信号，使用混频器将两个信号混频，进而通过低通滤波单元将混频信号中频率较低的信号取出，所述频率较低的信号为短波段信号，该短波段信号具有高稳定度、高精度、低噪声和连续可调的特性。

对于步骤101，高稳晶振优选地为温补晶振，温补晶振优选地提供精度范围为1/10¹²-1/10⁸、日稳定度范围为1/10¹²-1/10⁸的信号。高稳晶振还可以是本领域可提供相同精度范围和稳定度范围信号的其他元器件。

在一个实施例中，所述将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号的步骤可包括以下步骤：

通过第一DDS将所述高稳晶振提供的基准信号转换为参考信号。

通过第一锁相环将所述参考信号转换为所述第一信号。

通过第二锁相环将所述高稳晶振提供的基准信号转换为第二信号。

上述实施例，通过调节第一DDS的步进可生成高分辨率的第一信号，通过设置第一DDS的输出信号的频率范围、第一锁相环的分频器的分频参数和第二锁相环的分频器的分频参数，第一锁相环可输出频率范围在300MHz以上的连续可调的第一信号，第二锁相环可输出频率在300MHz以上的第二信号。第一信号与第二信号的频率主要由生成的短波信号要单独应用的设备或器件决定。

若生成的短波信号要应用于测量仪器、高性能电台、标准信号源等器件，短波信号的频率范围优选地为1MHz至31MHz，由于第一锁相环中的压控振荡器要覆盖30MHz带宽，第一信号与第二信号的中心频率都要达到300MHz以上，所以第一锁相环与第二锁相环均需输出300MHz以上的高频信号，然后再差频出所需的频率范围为1MHz至31MHz短波段信号。

若待应用的设备或器件所需的短波段信号为除1MHz至31MHz以外其它频率范围的短波段信号，需对应更改第一锁相环的分频器的分频参数和第二锁相环的分频器的分频参数或更改高稳晶振提供的基准信号的频率，然后通过上述短波段信号的生成系统，可生成具有高精度、高稳定度、低噪声和连续可调的特性的目标范围内的短波段信号。

在另一个实施例中，所述将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号的步骤可包括以下步骤：

通过第一DDS将所述高稳晶振提供的基准信号转换为参考信号。

通过第一锁相环将所述参考信号转换为所述第一信号。

通过第二DDS将所述高稳晶振提供的基准信号转换为参考信号。

通过第二锁相环将所述参考信号转换为所述第二信号。

上述实施例，通过调节第二DDS的步进也可生成高分辨率的第二信号，通过设置第二DDS的输出信号的频率范围、第二锁相环的分频器的分频参数，第二信号电路400也可输出频率在300MHz以上的连续可调的第二信号。

对于步骤103，低通滤波单元包括多段低通滤波器，优选地可预先根据混频信号中频率较低的信号的频率范围(待输出的短波信号)，确定低通滤波单元所包括的低通滤波器的段数，以及每段低通滤波器的截止频率，对不同的混频信号，使用不同段的低通滤波器进行滤波，以提高输出的短波信号的纯度和有效抑制二次谐波。在本实施方式中，也可以采用本领域惯用的其他形式的低通滤波单元。

请参阅图8，图8是本发明短波段信号的生成方法第二实施方式的流程示意图。

本实施方式所述的短波段信号的生成方法与第一实施方式的不同之处在于，所述高稳晶振提供的基准信号为25MHz，所述将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号的步骤可具体包括以下步骤：

步骤201，通过所述第一DDS将所述25基准信号转换为频率范围为301MHz至331MHz的参考信号。

步骤202，通过所述第一锁相环对所述参考信号作1倍频跟踪，产生频率范围为301MHz至331MHz的第一信号。

步骤203，通过所述第二锁相环对所述基准信号作12倍频，产生频率为300MHz第二信号。

在上述实施方式中，第一锁相环与第二锁相环分别输出频率范围为301MHz至331MHz的第一信号和频率为300MHz的第二信号后，混频器将上述两个信号进行混频，产生频率范围为601MHz至631MHz的第一叠加信号和频率范围为1MHz至31MHz的第二叠加信号。低通滤波单元进一步使用多段低通滤波器中的一段，将频率范围为1MHz至31MHz的第二叠加信号的提取出来。提取出的第二叠加信号，具有高精度、高稳定度、低噪声、连续可调的特性。通过预设第一DDS的步进，可进一步生成高分辨率的短波段信号。

请参阅图9，图9是本发明短波段信号的生成方法第三实施方式的流程示意图。

在本实施方式中，所述低通滤波单元包括并联的N段低通滤波器，其中，所述N为大于或等于5的自然数，与第一实施方式的不同之处在于，所述通过低通滤波单元从所述混频器输出的混频信号中获取短波段信号的步骤可进一步包括以下步骤：

步骤301，判断所述混频信号中的低频信号的频率范围。

步骤302，根据判断出的频率范围，选取并联的N段低通滤波器中的一段低通滤波器。

将所述混频信号输入选取的低通滤波器，获取所述短波段信号。

在上述实施方式中，使用不同段的低通滤波器对不同频率的混频信号进行滤波，可有效抑制二次谐波，提高输出信号的纯度。

请参阅图10，图10是本发明短波段信号的生成方法第四实施方式的流程示意图。

本实施方式所述的短波段信号的生成方法与第一实施方式的不同之处在于，在所述通过低通滤波单元从所述混频器输出的混频信号中获取短波段信号的步骤之后，可进一步包括以下步骤：

步骤401，通过自动增益控制电路对低通滤波单元的输出信号进行自动增益控制，获取高质量的短波段信号。

步骤402，通过所述阻抗匹配网络对所述自动增益控制电路输出的信号进行阻抗匹配。

通过上述自动增益控制电路和阻抗匹配网络可将具有高精度、高稳定度、低噪声、高分辨率、连续可调的短波段信号直接作为测量仪器、高性能电台、标准信号源等的输入信号或者标准信号。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种短波段信号的生成系统，其特征在于，包括高稳晶振、混频器、并联在所述高稳晶振与所述混频器间的第一信号电路和第二信号电路，以及与所述混频器连接的低通滤波单元，

所述高稳晶振向所述第一信号电路和所述第二信号电路提供基准信号；

所述混频器接收所述第一信号电路输出的第一信号和所述第二信号电路输出的第二信号，进行混频后输出，其中，所述第一信号的频率是连续渐变的，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率均大于或等于300MHz，所述第一信号与所述第二信号的频率差范围为1MHz至31MHz；

所述低通滤波单元包括多段低通滤波器，接收所述混频器输出的混频信号，进行滤波后输出短波段信号。

2.根据权利要求1所述的短波段信号的生成系统，其特征在于，所述第一信号电路包括依次连接的第一控制单元、第一DDS和第一锁相环，所述第一锁相环与所述混频器连接，所述第一DDS同时与所述高稳晶振连接，所述第二信号电路包括连接于所述高稳晶振与所述混频器间的第二锁相环。

3.根据权利要求2所述的短波段信号的生成系统，其特征在于，所述第二信号电路还包括第二控制单元和第二DDS，所述第二锁相环通过所述第二DDS与所述高稳晶振连接，所述第二DDS同时与所述第二控制单元连接。

4.根据权利要求1所述的短波段信号的生成系统，其特征在于，所述低通滤波单元包括并联的N段低通滤波器，其中，所述N为大于或等于5的自然数，所述低通滤波器为8阶以上的低通滤波器。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的短波段信号的生成系统，其特征在于，还包括自动增益控制电路和阻抗匹配网络，所述自动增益控制电路的输入端与所述低通滤波单元连接，输出端与所述阻抗匹配网络连接。

6.一种短波段信号的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号，其中，所述第一信号的频率是连续渐变的，所述第一信号的频率和所述第二信号的频率均大于或等于300MHz，所述第一信号与所述第二信号的频率差范围为1MHz至31MHz；

通过混频器将所述第一信号和所述第二信号进行混频；

通过低通滤波单元从所述混频器输出的混频信号中获取短波段信号，其中，所述低通滤波单元包括多段低通滤波器。

7.根据权利要求6所述的短波段信号的生成方法，其特征在于，所述将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号的步骤包括以下步骤：

通过第一DDS将所述高稳晶振提供的基准信号转换为参考信号；

通过第一锁相环将所述参考信号转换为所述第一信号；

通过第二锁相环将所述高稳晶振提供的基准信号转换为第二信号。

8.根据权利要求7所述的短波段信号的生成方法，其特征在于，所述高稳晶振提供的基准信号为25MHz，所述将高稳晶振提供的基准信号转换为第一信号和第二信号的步骤包括以下步骤：

通过所述第一DDS将所述基准信号转换为频率范围为301MHz至331MHz的参考信号；

通过所述第一锁相环对所述参考信号作1倍频跟踪，产生频率范围为301MHz至331MHz的第一信号；

通过所述第二锁相环对所述基准信号作12倍频，产生频率为300MHz第二信号。

9.根据权利要求6至8中任意一项所述的短波段信号的生成方法，其特征在于，所述低通滤波单元包括并联的N段低通滤波器，其中，所述N为大于或等于5的自然数，所述通过低通滤波单元从所述混频器输出的混频信号中获取短波段信号的步骤包括以下步骤：

判断所述混频信号中的低频信号的频率范围；

根据判断出的频率范围，选取并联的N段低通滤波器中的一段低通滤波器；

将所述混频信号输入选取的低通滤波器，获取所述短波段信号。