CN103312659B - 一种宽频带高动态射频直接正交调制设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，它涉及卫星导航测试领域中一种具备宽工作频带、高输出动态范围的可程序控制的直接正交信号调制设备。它由主要由基带信号输入及控制接口、差分重构滤波器、直接正交调制模块、本振信号产生模块、通信与控制模块、大步进衰减模块、小步进衰减模块、供电端子、程序烧录接口、等组成。本发明采用高性能宽频带锁相环技术、大小步进组合衰减控制技术，实现了宽工作频带、高输出动态范围的基带正交信号直接正交调制上变频，具备小型化、接口简单、调试方便、功能完善、性能优良、灵活可控等特点，特别适用于北斗卫星导航系统作为多体制导航信号或导航干扰信号产生设备的射频发射前端。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航测试领域中一种具备宽工作频带、高输出动态范围的一种可程序控制的直接正交信号调制设备。特别适用于北斗卫星导航系统作为多体制卫星导航信号或卫星导航干扰信号产生设备的射频输出前端。
背景技术
卫星导航系统各类用户机或接收终端依赖于接收卫星下行导航信号进行定位及导航工作。导航信号主要分布在L频段，并且具有多种体制，其业务信号电平非常低，极易受到各类有意、无意干扰影响。通常，干扰信号电平在高动态范围内变化。所以，各类用户机或接收终端应具有一定的动态范围和抗干扰能力。如果对卫星导航各类用户机或接收终端进行基本性能测试和抗干扰性能评估，就需要卫星导航信号模拟源和干扰信号模拟源。因此，这两种信号源中的射频前端应具备宽频带工作频率范围和高动态范围电平输出的性能特点，并能灵活配置工作频率和电平。
国内外，目前针对GPS系统、GLONASS系统及Galileo系统的导航信号模拟源以及干扰信号模拟源逐步上市，但是，目前已有的导航信号源设备的射频发射前端一般为传统超外差体制，设备结构、接口复杂，且工作频带窄，电平动态范围小，不能灵活配置，且设备尺寸较大。无法满足导航信号源多通道、通用化、小型化的使用需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种宽工作频带、高动态输出电平范围的射频直接正交调制设备。本发明具备小型化、接口简单、调试方便、功能完善、性能优良、灵活可控等特点。
本发明所要解决的技术问题是由以下技术方案实现的：
一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，包括基带信号输入及控制接口1、差分重构滤波器2、直接正交调制模块3、本振信号产生模块4、通信与控制模块5、大步进衰减模块6、小步进衰减模块7、参考信号输入接口11、射频信号输出接口12；其特征在于：基带信号输入及控制接口1将外部输入的差分的基带正交调制信号I+、I-、Q+、Q-共4路信号输出至差分重构滤波器2，基带信号输入及控制接口1将外部输入的基带控制信号输出至通信与控制模块5；差分重构滤波器2将输入的基带正交调制信号I+、I-、Q+、Q-共4路信号进行差分低通滤波或者差分带通滤波后进行输出到直接正交调制模块3；通信与控制模块5产生本振控制指令信号到本振信号产生模块4，通信与控制模块5将产生的衰减控制指令输出到大步进衰减模块6和小步进衰减模块7；外部参考信号通过参考信号输入接口11输入到本振信号产生模块4进行锁相，本振信号产生模块4根据本振控制指令信号产生单端的射频本振信号，输入到直接正交调制模块3；正交调制模块3产生两路相位相差90°的差分射频本振信号；滤波后的差分基带正交调制信号与差分射频本振信号在直接正交调制模块3经过正交直接上变频，将差分基带正交调制信号的I+和I-差分信号、Q+与Q-差分信号分别与两路相位相差90°的射频本振差分信号进行混频，产生两路已调制的差分射频信号，并将这两路信号进行相加，产生单边带的单端射频信号；单边带的单端射频信号输入到大步进衰减模块6进行大范围衰减后，输出到小步进衰减模块7进行小步进衰减，最终产生射频输出信号经射频信号输出接口12输出。
本振信号产生模块4在通信与控制模块5的控制下将产生的本振测试信号通过本振信号测试接口10进行输出，供外部仪器测试。
程序烧录接口9用于外部程序输入到通信与控制模块5作为接口与控制程序。
差分重构滤波器2为具有差分信号差模滤波功能的差分LC低通滤波器，采用高精度、高Q的电感与电容。
通信与控制模块5为小型单片机，Atmega8L，用1根控制信号线将大步进衰减控制信号输入到大步进衰减模块6，控制31.5dB的衰减；通信与控制模块5用6根控制线将小步进衰减控制信号输入到小步进衰减模块7实现0.5dB步进、共31.5dB的衰减。这样做是为了用尽可能少的控制信号线实现大范围、步进精度保持不变的信号衰减动态。
直接正交调制模块3采用具有宽频带特性的直接正交调制模块AD8349，具有差分的基带正交信号输入端子，即I+、I-、Q+、Q-。本振信号产生模块4采用宽频带、低相噪的集成VCO的锁相环HMC830实现，输出单端的本振信号。
基带信号输入及控制接口1为Samtec的经济型高速接口，采用10芯同轴排线连接外部基带设备接口。基带信号输入及控制接口1中还包含供电引脚，基带的供电电源可通过基带信号输入及控制接口1中的供电引脚输入，基带信号输入及控制接口1的外壳为金属外壳。供电端子8，用于在没有基带控制信号、基带正交信号与基带供电信号输入的情况下，由外部电源接供电端子8输入电压。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明采用差分基带信号直接正交上变频体制，设备简单可靠，配置灵活。
2、本发明具有可以调谐的差分重构滤波器，可以兼容各种系统所采用的不同频率、带宽的基带正交信号。
3、本发明设备的输出电平能在大动态范围调整。
4、本发明能够灵活加载程序，实时改变工作频点和输出电平。
5、本发明与基带设备接口简单，只需一根排线即可完成基带信号、控制信号以及电源信号的传输。
6、本发明采用小型化设计，集成度高，在功能完善、灵活可控的前提下，尺寸大大缩小，可直接安装在标准PXI板卡上，无需独立占用标准PXI机箱的槽位。
附图说明
图1是本发明的电原理方框图。
具体实施方式
下面，结合图1对本发明作进一步说明。
一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，包括基带信号输入及控制接口1、差分重构滤波器2、直接正交调制模块3、本振信号产生模块4、通信与控制模块5、大步进衰减模块6、小步进衰减模块7、供电端子8、程序烧录接口9，本振信号测试接口10、参考信号输入接口11和射频信号输出接口12。实施例按图1连接线路。
基带信号输入及控制接口1为Samtec的经济型高速接口，采用10芯同轴排线连接外部基带设备接口，为基带信号和控制信号提供接口，为其他模块提供电源，能够实现良好的电磁屏蔽。差分重构滤波器2为具有差分信号差模滤波功能的差分LC低通滤波器，采用高精度、高Q的电感与电容，目的是为了进行精确的低通或带通滤波，能够大幅度减弱甚至消除基带过采样所带来的混叠效应。通信与控制模块5为小型单片机，Atmega8L，引出编程接口到程序烧录接口9，实现在线调试和程序烧录。同时，通信与控制模块5控制直接正交调制模块3、本振信号产生模块4、大步进衰减模块6、小步进衰减模块7。直接正交调制模块3采用宽带正交调制芯片AD8349实现宽频带的正交上变频。本振信号产生模块4采用HMC830实现宽频带低相噪的本振信号输出。大步进衰减模块6、小步进衰减模块7均为HMC472数控步进衰减器芯片，实现动态63dB、步进0.5dB的衰减调整。
本发明安装结构如下：把图1所有电路器件安装在1块尺寸大小长×宽为60mm×37mm的印刷电路板上，然后把印刷电路板安装在长×宽×高为65mm×48mm×11mm的屏蔽盒中，屏蔽盒底部有固定螺孔安装于外部基带设备标准PXI板卡。印刷电路板装有包含A、B、C信号线的1个十芯同轴排线经济型端口，1个穿心电容和弹片作为D供电信号的输入，以及E、F、G共3个SMP型射频连接器。
Claims (9)
1.一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，包括基带信号输入及控制接口(1)、差分重构滤波器(2)、直接正交调制模块(3)、本振信号产生模块(4)、通信与控制模块(5)、大步进衰减模块(6)、小步进衰减模块(7)、参考信号输入接口(11)、射频信号输出接口(12)；其特征在于：基带信号输入及控制接口(1)将外部输入的差分的基带正交调制信号I+、I-、Q+、Q-共4路信号输出至差分重构滤波器(2)，基带信号输入及控制接口(1)将外部输入的基带控制信号输出至通信与控制模块(5)；差分重构滤波器(2)将输入的基带正交调制信号I+、I-、Q+、Q-共4路信号进行差分低通滤波或者差分带通滤波后进行输出到直接正交调制模块(3)；通信与控制模块(5)产生本振控制指令信号到本振信号产生模块(4)，通信与控制模块(5)将产生的衰减控制指令输出到大步进衰减模块(6)和小步进衰减模块(7)；外部参考信号通过参考信号输入接口(11)输入到本振信号产生模块(4)进行锁相，本振信号产生模块(4)根据本振控制指令信号产生单端的射频本振信号，输入到直接正交调制模块(3)；正交调制模块(3)产生两路相位相差90°的差分射频本振信号；滤波后的差分基带正交调制信号与差分射频本振信号在直接正交调制模块(3)经过正交直接上变频，将差分基带正交调制信号的I+和I-差分信号、Q+与Q-差分信号分别与两路相位相差90°的射频本振差分信号进行混频，产生两路已调制的差分射频信号，并将这两路信号进行相加，产生单边带的单端射频信号；单边带的单端射频信号输入到大步进衰减模块(6)进行大范围衰减后，输出到小步进衰减模块(7)进行小步进衰减，最终产生射频输出信号经射频信号输出接口(12)输出。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，其特征在于：还包括本振信号测试接口(10)；本振信号产生模块(4)在通信与控制模块(5)的控制下将产生的本振测试信号通过本振信号测试接口(10)进行输出，供外部仪器测试。
3.根据权利要求1所述的一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，其特征在于：还包括程序烧录接口(9)，用于外部程序输入到通信与控制模块(5)作为接口与控制程序。
4.根据权利要求1或2所述的一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，其特征在于：差分重构滤波器(2)为具有差分信号差模滤波功能的差分LC低通滤波器。
5.根据权利要求1所述的一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，其特征在于：通信与控制模块(5)用1根控制信号线将大步进衰减控制信号输入到大步进衰减模块(6)，控制31.5dB的衰减；通信与控制模块(5)用6根控制线将小步进衰减控制信号输入到小步进衰减模块(7)实现0.5dB步进、共31.5dB的衰减。
6.根据权利要求1所述的一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，其特征在于：直接正交调制模块(3)采用具有宽频带特性的直接正交调制模块，具有差分的基带正交信号输入端子，即I+、I-、Q+、Q-。
7.根据权利要求1所述的一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，其特征在于：本振信号产生模块(4)采用宽频带、低相噪的集成VCO的锁相环实现，输出单端的本振信号。
8.根据权利要求1所述的一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，其特征在于：基带信号输入及控制接口(1)还包含供电引脚，基带的供电电源可通过基带信号输入及控制接口(1)中的供电引脚输入，基带信号输入及控制接口(1)的外壳为金属外壳。
9.根据权利要求1所述的一种宽频带高动态射频直接正交调制设备，其特征在于：还包括供电端子(8)，用于在没有基带控制信号、基带正交信号与基带供电信号输入的情况下，由外部电源接供电端子(8)输入电压。
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