CN103944536A - 一种射频矢量信号合成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信号处理技术领域，特别是有关于一种射频矢量信号合成的方法。图1为矢量示意图。矢量信号合成是信号技术领域的关键技术之一，广泛应用于电子电路系统和现代化的电子设备中。尤其在仪器仪表和电子测量领域对矢量信号合成器的频率范围、精度、稳定性等参数要求特别高。因此矢量信号合成的方法成为某些测量仪器研发的重点研究对象。一种射频矢量信号合成的方法包括：射频信号源模块、输入直流电平、电平调理模块、调节模块、吉尔伯特乘法器模块、正交矢量合成模块、负反馈模块、AD转换模块、输出放大模块。本发明有与传统的矢量合成方法相比，合成的矢量信号的频率高、精度高、相位跟踪性好。

Description

一种射频矢量信号合成的方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别是有关于一种射频矢量信号合成的方法。
背景技术
矢量信号合成是信号技术领域的关键技术之一，矢量信号合成器广泛应用于电子电路系统和电子产品开发中，在许多现代化的电子设备中都可以发现它的用途。图1为矢量示意图。尤其在仪器仪表和电子测量领域对矢量信号合成器的频率范围、精度、稳定性等参数要求特别高。因此矢量信号合成器成为某些测量仪器的核心。
传统的矢量合成方法，如图2所示，由信号源、90°移相器、混频器和加法器组成。水平分量支路中，信号源直接与水平分量电平相乘；而在垂直分量支路中，信号源经过90°移相再与垂直分量电平相乘；加法器将两条支路输出相加得到矢量信号。这种结构存在较多缺陷，容易产生相位误差，并且无负反馈环节，因此无法调节，相位精度低；在现实中电子元件存在分布参数，频率变高的情况下，分布参数的作用将使得90°移相器很实现精确的90°移相，因此传统矢量合成方法的频率上限比较低，频率范围比较窄，很难实现射频段矢量合成。
技术内容
本发明的主要目的是：为了产生相位跟随精度高的射频矢量信号，克服传统矢量合成方法的不足，本发明提出了一种射频矢量信号产生方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案，如图3、4所示，其包括：包括射频信号源模块、输入直流电平、电平调理模块、调节模块、吉尔伯特乘法器模块、正交矢量合成模块、负反馈模块、AD转换模块、输出放大模块；所述的射频信号源模块包括240MHz信号源、低噪声放大器1、单端输入双端输出差分放大电路，所述的低噪声放大器模块包括输入端匹配网络1、LNA1和输出端匹配网络1；所述的输入直流电平包括垂直分量、水平分量；所述的电平调理模块包括水平分量支路电平调理模块、垂直分量支路电平调理模块，电平调理模块都是由信号缓冲器、加法器和反向器组成；所述的调节模块包括CPU模块、ADJ模块和AD转换器1；所述的吉尔伯特乘法器模块包括吉尔伯特乘法器和双端输入单端输出耦合变压器和第一电容；所述的正交矢量合成模块包括第一电感、第二电容、第一电阻和第二电阻；所述的负反馈模块包括240MHz+fIF信号源、低噪声放大器2、混频器、低通滤波器、中频鉴相器、AD转换器2，所述的低噪声放大器2包括输入端匹配网络2、LNA2和输出端匹配网络2；所述的输出放大模块包括输入端匹配网络3、LNA3和输出端匹配网络3。本发明的组成框图，如图3所示。
所述的水平分量支路中，输入的水平分量接缓冲器1的输入端，缓冲器1的输出端接加法器1的第一输入信号端，加法器1的第二输入信号端接缓冲2的输出端，所述的加法器1的第三输入端接调节模块1(ADJ1)的输出端，所述的加法器1的输出端接反向器1的输入端，反向器1的输出端接吉尔伯特乘法器1的第一输入信号端，吉尔伯特乘法器1的第二输入信号端接加法器1的输出端。
所述的垂直分量支路中，输入的垂直分量接缓冲器2的输入端，缓冲器2的输出端接加法器2的第一输入信号端，加法器2的第二输入信号端接缓冲1的输出端，所述的加法器2的第三输入端接调节模块2(ADJ2)的输出端，所述的加法器2的输出端接反向器2的输入端，反向器2的输出端接吉尔伯特乘法器2的第一输入信号端，吉尔伯特乘法器2的第二输入信号端接加法器2的输出端。
所述的240MHz信号源的输出端接输入匹配1网络的输入端，输入匹配1网络的输出端接低噪声放大器1(LNA1)的输入端，低噪声放大器1(LNA1)的输出端接输出匹配1网络的输入端，输出匹配1网络的输出端接单端输出双端输出差分放大器模块的输入端，单端输入双端输出差分放大器模块的第一输出端接吉尔伯特乘法器1的第三输入端，吉尔伯特乘法器1的第四输入端接单端输入双端输出差分放大器模块的第二输出端。单端输入双端输出差分放大器模块的第一输出端接吉尔伯特乘法器2的第三输入端，吉尔伯特乘法器2的第四输入端接单端输入双端输出差分放大器模块的第二输出端。
所述的水平分量支路中的吉尔伯特乘法器1的第一输出端接双端输入单端输出耦合变压器T1的初级线圈的第一输入端，单端输出耦合变压器T1的初级线圈的第二输入端接吉尔伯特乘法器第二输出端。所述的水平分量支路中的双端输入单端输出耦合变压器T1的次级线圈的第一输出端接第一电容的一端，第一电容的另一端接正交矢量合成模块的第一输入端，所述的水平分量支路中的双端输入单端输出耦合变压器T1的次级线圈的第二输出端接地。
所述的垂直分量支路中的吉尔伯特乘法器2的第一输出端接双端输入单端输出耦合变压器T2的初级线圈的第一输入端，单端输出耦合变压器T2的初级线圈的第二输入端接吉尔伯特乘法器第二输出端。所述的双端输入单端输出耦合变压器T2的次级线圈的第一输出端接正交矢量合成模块的第二输入端，所述的垂直分量支路中的双端输入单端输出耦合变压器T2的次级线圈的第二输出端接地。
所述的正交矢量合成模块由第一电感、第二电容、第一电阻、第二电阻构成。所述的第一电感的一端作为正交矢量合成模块的第一输入端，另一端接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接第二电阻，第二电阻的另一端接地。所述的第二电容的一端作为正交矢量合成模块的第二输入端，第二电容的另一端接电阻第一电阻的一端，第一电阻的另一端作为正交矢量合成模块的输出端。正交矢量合成模块的输出端接输入匹配3网络的输入端，输入匹配3网络的输出端接低噪声放大器3(LNA3)的输入端，低噪声放大器3(LNA3)的输出端接输出匹配3网络的输入端，输出匹配3网络的输出端作为射频矢量信号的输出端。
所述的AD转换器1模块的第一输入端接输入的水平分量，所述的AD转换器1模块的输出端接CPU模块的第一输入端，CPU模块第一输出端接调节模块1(ADJ1)的输入端，调节模块1(ADJ1)的输出端接加法器1的第三输入端。所述的CPU模块的第二输入端接调节模块1(ADJ1)的输出端。
所述的AD转换器1模块的第二输入端接输入的垂直分量，所述的AD转换器1模块的输出端接CPU模块的第一输入端，CPU模块第三输出端接调节模块2(ADJ2)的输入端，调节模块2(ADJ2)的输出端接加法器2的第三输入端。所述的CPU模块的第三输入端接调节模块2(ADJ2)的输出端。
所述的240MHz+fIF信号源模块的输出端接输入匹配2网络的输入端，输入匹配2网络的输出端接低噪声放大器2(LNA2)的输入端，低噪声放大器2(LNA2)的输出端接输出匹配2网络的输入端，输出匹配2网络的输出端接混频器的第一输入端，混频器的第二输入端接射频矢量信号的输出端，所述的混频器的输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接中频鉴相器的输入端，中频鉴相器的输出端接AD转换器2的输入端，AD转换器2的输出端接CPU模块的第四输入端。
优点和积极效果
本发明一种射频矢量信号合成的方法的有益效果是：
(1)与传统的矢量合成方法相比，使用本发明所述的方法合成的矢量信号的频率高，精度高。
(2)采用负反馈控制技术，使输出的射频矢量信号的相位角与输入矢量的相位角同步，相位跟踪性好。
(3)采用计算机控制技术，调节方式灵活；软硬件结合的方式，进行相位调节与跟踪，提高射频矢量合成信号的精度。
(4)电平调节系统将水平分量和垂直分量相加增大幅值，以克服传统矢量合成方法在接近0°或者90°时难以调节的缺点。
(5)水平分量支路和垂直分量支路同时进行移相，使其正交，完成正交矢量合成，提高速度
(6)采用差分结构，提高共模抑制比，提高抑制零点漂移的能力；
(7)将本发明中的方案加以改进可构成宽频带的矢量信号合成器。
附图说明
图1是矢量示意图。
图2是传统矢量合成方法框图。
图3是本发明一种产生射频矢量信号方法组成框图。
图4是本发明一种产生射频矢量信号方法的结构原理框图。
图5是本发明一种产生射频矢量信号方法涉及的软件流程图。
图6是本发明涉及的宽频矢量信号合成系统结构框图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
第一步：将输入经AD转换器1送至CPU，CPU计算出其相位角θin，并储存幅值和相位角，CPU制定调节方案，确定ADJ的量值；。
第二步：电平调理系统将水平分量、垂直分量和ADJ的量值相加并进行调理，调理后输出至乘法器；
第三步：乘法器将射频信号源系统的输出与电平调理系统的输出相乘的结果经变压器转换后送至正交矢量合成模块；
第四步：正交矢量合成模块将水平分量支路和垂直分量支路的240MHz射频信号进行矢量合成，合成后的矢量信号送至输出放大电路；
第五步：输出放大电路对合成后的240MHz的射频矢量信号进行放大输出，且送至负反馈系统；
第六步：负反馈系统中将输出的240MHz射频矢量信号经混频器下变频至中频，负反馈系统中的中频鉴相器鉴定出其相位角θout，并送至CPU；
第七步：CPU计算θin、θout之间的差值，并进行进一步调节，使输出的射频矢量信号的相位角θout与输入矢量的相位角θin同步。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根绝权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：包括射频信号源模块、输入直流电平、电平调理模块、调节模块、吉尔伯特乘法器模块、正交矢量合成模块、负反馈模块、AD转换模块、输出放大模块；所述的射频信号源模块包括240MHz信号源、低噪声放大器1、单端输入双端输出差分放大电路，所述的低噪声放大器模块包括输入端匹配网络1、LNA1和输出端匹配网络1；所述的输入直流电平包括垂直分量、水平分量；所述的电平调理模块包括水平分量支路电平调理模块、垂直分量支路电平调理模块，电平调理模块都是由信号缓冲器、加法器和反向器组成；所述的调节模块包括CPU模块、ADJ模块和AD转换器1；所述的吉尔伯特乘法器模块包括吉尔伯特乘法器和双端输入单端输出耦合变压器和第一电容；所述的正交矢量合成模块包括第一电感、第二电容、第一电阻和第二电阻；所述的负反馈模块包括240MHz+fIF信号源、低噪声放大器2、混频器、低通滤波器、中频鉴相器、AD转换器2，所述的低噪声放大器2包括输入端匹配网络2、LNA2和输出端匹配网络2；所述的输出放大模块包括端匹配网络3、LNA3和输出端匹配网络3。
2.如权利要求1所述一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：所述的240MHz信号源的输出端接输入匹配1网络的输入端，输入匹配1网络的输出端接低噪声放大器1(LNA1)的输入端，低噪声放大器1(LNA1)的输出端接输出匹配1网络的输入端，输出匹配1网络的输出端接单端输出双端输出差分放大器模块的输入端，单端输出双端输出差分放大器的输出作为信号源模块的输出端。
3.如权利要求1所述一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：所述的电平调理模块包括水平分量支路电平调理模块、垂直分量支路电平调理模块；所述的水平分量支路中，输入的水平分量接缓冲器1的输入端，缓冲器1的输出端接加法器1的第一输入信号端，加法器1的第二输入信号端接缓冲2的输出端，所述的加法器1的第三输入端接调节模块1(ADJ1)的输出端，所述的加法器1的输出端接反向器1的输入端，反向器1的输出端接吉尔伯特乘法器1的第一输入信号端，吉尔伯特乘法器1的第二输入信号端接加法器1的输出端；所述的垂直分量支路中，输入的垂直分量接缓冲器2的输入端，缓冲器2的输出端接加法器2的第一输入信号端，加法器2的第二输入信号端接缓冲1的输出端，所述的加法器2的第三输入端接调节模块2(ADJ2)的输出端，所述的加法器2的输出端接反向器2的输入端，反向器2的输出端接吉尔伯特乘法器2的第一输入信号端，吉尔伯特乘法器2的第二输入信号端接加法器2的输出端。
4.如权利要求1所述一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：所述的调节模块包括CPU模块、ADJ模块和AD转换器1；所述的AD转换器1模块的第一输入端接输入的水平分量，所述的AD转换器1模块的输出端接CPU模块的第一输入端，CPU模块第一输出端接调节模块1(ADJ1)的输入端，调节模块1(ADJ1)的输出端接加法器1的第三输入端。所述的CPU模块的第二输入端接调节模块1(ADJ1)的输出端；所述的AD转换器1模块的第二输入端接输入的垂直分量，所述的AD转换器1模块的输出端接CPU模块的第一输入端，CPU模块第三输出端接调节模块2(ADJ2)的输入端，调节模块2(ADJ2)的输出端接加法器2的第三输入端。所述的CPU模块的第三输入端接调节模块2(ADJ2)的输出端。
5.如权利要求1所述一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：所述的正交矢量合成模块中的第一电感的一端作为正交矢量合成模块的第一输入端，另一端接第一电阻的一端，第一电阻的另一端接第二电阻，第二电阻的另一端接地。所述的第二电容的一端作为正交矢量合成模块的第二输入端，第二电容的另一端接电阻第一电阻的一端，第一电阻的另一端作为正交矢量合成模块的输出端。
6.如权利要求1所述一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：所述的负反馈模块中的240MHz+fIF信号源单元的输出端接输入匹配2网络的输入端，输入匹配2网络的输出端接低噪声放大器2(LNA2)的输入端，低噪声放大器2(LNA2)的输出端接输出匹配2网络的输入端，输出匹配2网络的输出端接混频器的第一输入端，混频器的第二输入端接射频矢量信号的输出端，所述的混频器的输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接中频鉴相器的输入端，中频鉴相器的输出端接AD转换器2的输入端，AD转换器2的输出端作为负反馈模块的输出端。
7.如权利要求1所述一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：所述的输出放大模块中的输入匹配3网络的输入端正接交矢量合成模块的输出端，输入匹配3网络的输出端接低噪声放大器3(LNA3)的输入端，低噪声放大器3(LNA3)的输出端接输出匹配3网络的输入端，输出匹配3网络的输出端作为射频矢量信号的输出端。
8.如权利要求1所述一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：
(a)将输入经AD转换器1送至CPU，CPU计算出其相位角θin，并储存幅值和相位角，CPU制定调节方案，确定ADJ的量值；
(b)电平调理系统将水平分量、垂直分量和ADJ的量值相加并进行调理，调理后输出至乘法器；
(c)乘法器将射频信号源系统的输出与电平调理系统的输出相乘的结果经变压器转换后送至正交矢量合成模块；
(d)正交矢量合成模块将水平分量支路和垂直分量支路的240MHz射频信号进行矢量合成，合成后的矢量信号送至输出放大电路；
(e)输出放大电路对合成后的240MHz的射频矢量信号进行放大输出，且送至负反馈系统；
(f)负反馈系统中将输出的240MHz射频矢量信号经混频器下变频至中频，负反馈系统中的中频鉴相器鉴定出其相位角θout，并送至CPU；
(g)CPU计算θin、θout之间的差值，并进行进一步调节，使输出的射频矢量信号的相位角θout与输入矢量的相位角θin同步。
一种射频矢量信号合成的方法所涉及的软件流程图，如图5所示。
9.如权利要求1所述一种射频矢量信号合成的方法，其特征在于：将本发明改进构成如图6所示的宽频带矢量信号合成器。
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