CN106354196B - 低噪声宽带信号发生器及信号发生方法 - Google Patents

低噪声宽带信号发生器及信号发生方法 Download PDF

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Abstract

本发明低噪声宽带信号发生器包括功分器(1)、DDS(2)、FPGA(3)、滤波器(4)、合路器(5)，幅度检测器(6)和相位检测器(7)；时钟信号连接功分器(1)的输入端，功分器(1)连接两个相同的DDS(2)输入端，FPGA(3)控制两路DDS(2)，双路DDS(2)信号经滤波器(4)输出，在合路器(5)中合成输出，滤波器(4)输出信号分别耦合至幅度检测器(6)和相位检测器(7)，幅度检测器(6)和相位检测器(7)的输出端接FPGA(3)。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过双路同步信号的相关噪声相消，将信噪比提高了3dB，低噪声宽带信号发生器带宽1GHz以上，噪声低于常规信号发生器，是宽带信号产生中关键技术。

Description

低噪声宽带信号发生器及信号发生方法
技术领域
本发明涉及低噪声宽带信号发生技术，是一种低噪声宽带信号发生器。
背景技术
目前工程上采用的宽带信号发生器主要以直接数字频率合成(DDS)实现，它从相位的概念出发直接合成所需波形，采用了全数字结构，具有精确的相位、频率分辨率、快速频率转换时间、连续的输出相位、可编程、灵活性很大等突出特点。但其噪声受到带宽、量化等理论限制。由于信号带宽越来越大，带内噪声也随之增加，且无法在后续电路中消除。而微波电路中，低噪声宽带信号产生是雷达及电子侦察与对抗系统中关键技术，特别是高分辨合成孔径雷达。因此宽带低噪声信号发生器是雷达及电子侦察与对抗系统中宽带信号产生的关键技术之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种带宽1GHz以上，噪声低于常规信号发生器的低噪声宽带信号发生器。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种低噪声宽带信号发生器，包括功分器、DDS、FPGA、滤波器、合路器，幅度检测器和相位检测器；
时钟信号连接功分器的输入端，功分器连接两个相同的DDS输入端，FPGA控制两路DDS，双路DDS信号经滤波器输出，在合路器中合成输出，滤波器输出信号分别耦合至幅度检测器和相位检测器，幅度检测器和相位检测器的输出端接FPGA。
作为优化的技术方案，双路DDS信号分别经一路滤波器输出后送至合路器。或者双路DDS信号经一路滤波器输出后送至合路器。
作为优化的技术方案，时钟信号功分两路送入两个DDS，两路DDS由同一个FPGA控制，控制信号经同步后送出，由DDS产生的双路同步信号经合路器合成一路输出，实现低噪声宽带信号。
作为优化的技术方案，幅度检测器包括两路检波器，两路检波器分别经一电阻连接放大器的同相输入端和反相输入端，放大器的同相输入端和输出端之间连接有电阻，放大器的反相输入端和地之间连接有电阻，两路检波器的输入端分别连接两路经滤波器滤波的DDS信号，放大器的输出端连接FPGA。
作为优化的技术方案，相位检测器包括混频器和低通滤波器，混频器的两输入端分别连接两路经滤波器滤波的DDS信号，混频器的输出端经低通滤波器连接FPGA。
本发明还公开一种低噪声宽带信号发生方法，时钟信号功分两路送入两个DDS，两路DDS由同一个FPGA控制，控制信号经同步后送出，由DDS产生的双路同步信号经滤波器后在合路器合成一路输出，实现低噪声宽带信号，两路经滤波器滤波DDS信号分别耦合至幅度检测器和相位检测器，幅度检测器和相位检测器分别检测出幅度误差和相位误差后送入FPGA，FPGA根据误差信号调整DDS信号的幅度和相位。
作为优化的技术方案，双路DDS信号分别经一路滤波器输出后送至合路器。或者双路DDS信号经一路滤波器输出后送至合路器。
作为优化的技术方案，幅度检测器包括两路检波器，两路检波器分别经一电阻连接放大器的同相输入端和反相输入端，放大器的同相输入端和输出端之间连接有电阻，放大器的反相输入端和地之间连接有电阻，两路检波器的输入端分别连接两路经滤波器滤波的DDS信号，放大器的输出端连接FPGA；相位检测器包括混频器和低通滤波器，混频器的两输入端分别连接两路经滤波器滤波的DDS信号，混频器的输出端经低通滤波器连接FPGA。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过双路同步信号的相关噪声相消，将信噪比提高了3dB，低噪声宽带信号发生器带宽1GHz以上，噪声低于常规信号发生器，是宽带信号产生中关键技术。
附图说明
图1是本发明实施例的低噪声宽带信号发生器的原理框图。
图2为内部使用的幅度检测器实现方式。
图3为内部使用的相位检测器实现方式。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1，本发明低噪声宽带信号发生器包括功分器1、DDS2(直接数字式频率合成器，Direct Digital Synthesizer)、FPGA3、滤波器4、合路器5，幅度检测器6和相位检测器7。
时钟信号连接功分器1的输入端，功分器1连接两个相同的DDS2输入端，FPGA3控制两路DDS2，双路DDS2信号经滤波器4输出，在合路器5中合成输出，两路经滤波器4滤波的DDS2信号分别耦合至幅度检测器6和相位检测器7，幅度检测器6和相位检测器7的输出端接FPGA3。
双路DDS2信号可以分别经一路滤波器4输出后送至合路器5，也可以双路DDS2信号经一路滤波器4输出后送至合路器5。
幅度检测器6的组成如图2所示，幅度检测器6包括两路检波器，两路检波器分别经一电阻连接放大器的同相输入端和反相输入端，放大器的同相输入端和输出端之间连接有电阻，放大器的反相输入端和地之间连接有电阻。两路检波器的输入端分别连接两路经滤波器4滤波的DDS2信号，放大器的输出端连接FPGA3。
相位检测器7的组成如图3所示，相位检测器7包括混频器和低通滤波器，混频器的两输入端分别连接两路经滤波器4滤波的DDS2信号，混频器的输出端经低通滤波器连接FPGA3。
本发明低噪声宽带信号发生器的工作原理如下：
时钟信号功分两路送入两个DDS 2，两路DDS 2由同一个FPGA 3控制，控制信号经同步后送出。由DDS产生的双路同步信号经合路器5合成一路输出，实现低噪声宽带信号。为了控制两路DDS信号等幅等相，幅度和相位控制采用负反馈回路，两路DDS信号分别送入幅度检测器6和相位检测器7，幅度检测器6和相位检测器7分别检测出幅度和相位误差，然后送入FPGA 3，FPGA 3根据误差信号调整DDS信号的幅相，从而保证两路DDS信号等幅等相。
作为本实施例的一个具体的实现方案，功分器1的型号SP-2W，生产厂家MiniCircuits。DDS2的型号AD9914，生产厂家ADI。FPGA3的型号EP3C10E144，生产厂家Altera。滤波器4的型号LFCN-1200，厂家Mini Circuits。合成器5的型号SYPS-2-252，生产厂家MiniCircuits。幅度检测器6的放大器型号为OP27，生产厂家ADI。相位检测器7的混频器型号ADE-1L，生产厂家Mini Circuits。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低噪声宽带信号发生器，包括FPGA(3)，其特征在于，还包括功分器(1)、两路DDS(2)、两路滤波器(4)、合路器(5)，幅度检测器(6)和相位检测器(7)；
时钟信号连接功分器(1)的输入端，功分器(1)连接两个相同的DDS(2)输入端，FPGA(3)控制两路DDS(2)，双路DDS(2)信号分别经一路滤波器(4)输出后送至合路器(5)，在合路器(5)中合成输出，两路滤波器(4)输出信号都耦合至幅度检测器(6)和相位检测器(7)，幅度检测器(6)和相位检测器(7)的输出端接FPGA(3)；
幅度检测器(6)和相位检测器(7)分别检测出幅度误差和相位误差，然后送入FPGA(3)，FPGA(3)根据误差信号调整DDS信号的幅度和相位，从而保证两路DDS信号等幅等相。
2.根据权利要求1所述的低噪声宽带信号发生器，其特征在于，时钟信号功分两路送入两个DDS(2)，两路DDS(2)由同一个FPGA(3)控制，控制信号经同步后送出，由DDS(2)产生的双路同步信号经合路器(5)合成一路输出，实现低噪声宽带信号。
3.根据权利要求1所述的低噪声宽带信号发生器，其特征在于，幅度检测器(6)包括两路检波器，两路检波器分别经一电阻连接放大器的同相输入端和反相输入端，放大器的同相输入端和输出端之间连接有电阻，放大器的反相输入端和地之间连接有电阻，两路检波器的输入端分别连接两路经滤波器(4)滤波的DDS(2)信号，放大器的输出端连接FPGA(3)。
4.根据权利要求1所述的低噪声宽带信号发生器，其特征在于，相位检测器(7)包括混频器和低通滤波器，混频器的两输入端分别连接两路经滤波器(4)滤波的DDS(2)信号，混频器的输出端经低通滤波器连接FPGA(3)。
5.一种低噪声宽带信号发生方法，其特征在于，时钟信号功分两路送入两个DDS(2)，两路DDS(2)由同一个FPGA(3)控制，控制信号经同步后送出，由DDS(2)产生的双路同步信号经滤波器(4)后在合路器(5)合成一路输出，实现低噪声宽带信号，两路经滤波器(4)滤波DDS(2)信号分别耦合至幅度检测器(6)和相位检测器(7)，幅度检测器(6)和相位检测器(7)分别检测出幅度误差和相位误差后送入FPGA(3)，FPGA(3)根据误差信号调整DDS信号的幅度和相位。
6.根据权利要求5所述的低噪声宽带信号发生方法，其特征在于，幅度检测器(6)包括两路检波器，两路检波器分别经一电阻连接放大器的同相输入端和反相输入端，放大器的同相输入端和输出端之间连接有电阻，放大器的反相输入端和地之间连接有电阻，两路检波器的输入端分别连接两路经滤波器(4)滤波的DDS(2)信号，放大器的输出端连接FPGA(3)；相位检测器(7)包括混频器和低通滤波器，混频器的两输入端分别连接两路经滤波器(4)滤波的DDS(2)信号，混频器的输出端经低通滤波器连接FPGA(3)。
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