CN106452656B - 一种基于频率合成器的射频信号干扰系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频率合成器的射频信号干扰系统和方法，涉及射频领域。所述系统包括：晶振单元、锁相环、隔离放大单元、分频单元、频率合成器、微处理器、低通滤波器、混频器、带通滤波器、微波开关单元、噪声发生器、噪声放大单元、压控振荡单元和功率放大器。该发明具有：功能多样、结构简单、成本低、干扰能力强和灵活性高等优点。

Description

一种基于频率合成器的射频信号干扰系统和方法

技术领域

本发明涉及射频领域，特别涉及一种基于频率合成器的射频信号干扰系统和方法。

背景技术

随着通信电子领域的快速发展，对于通信质量的要求也越来越高，而在实际传输过程中，往往会产生很多的噪声，导致信号传输到目的地的时候已经失真。如何在信息传输的过程中规避噪声，已经越来越成为了通信领域的重点难题。

而另外一方面，在某些场合，我们又需要对信号进行干扰，避免信息的泄露；对于一些保密要求严格的场合，对于信号的干扰和屏蔽是必要的工作。

因此，不管是在研究通信设备的过程中，还是在信号干扰的过程中，干扰装置都成为通信领域的一项重要设备。因为，在研究通信设备过程中，我们设备传输过程中的信号进行干扰，进行通信设备抗干扰能力的测试；同时，在对一些需要对信号进行干扰的地方，进行信号干扰。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于频率合成器的射频信号干扰系统和方法，该发明具有：功能多样、结构简单、成本低、干扰能力强和灵活性高等优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于频率合成器的射频信号干扰系统，系统包括：晶振单元、锁相环、隔离放大单元、分频单元、频率合成器、微处理器、低通滤波器、混频器、带通滤波器、微波开关单元、噪声发生器、噪声放大单元、压控振荡单元和功率放大器；晶振单元信号连接于锁相环；锁相环分别信号连接于隔离放大单元和混频器；隔离放大单元信号连接于分频单元；分频单元信号连接于频率合成器；频率合成器分别信号连接于低通滤波器和微处理器；低通滤波器信号连接于混频器；混频器信号连接于带通滤波器；带通滤波器信号连接于微波开关单元；微波开关单元分别信号连接于带通滤波器、压控振荡单元、微处理器和功率放大器；噪声放大单元分别与噪声发生器和压控振荡单元信号连接；频率合成器包括：频率选择单元和频率合成单元；频率合成单元信号连接于频率选择单元，用于根据频率选择单元的控制命令合成指定的频率；频率选择单元，用于根据工作人员的操作，选择指定的频率。

作为一种优选方案，晶振单元为10MHz的晶振器；锁相环频率为390MHz；分频单元为4分频器；压控振荡单元的频率范围为：406MHz-406.1MHz。

作为一种优选方案，射频信号干扰系统的干扰模式共有三种：随机干扰，扫频干扰和点频干扰；随机干扰在目标频率范围内产生频率随机的干扰信号，湮没目标频率，也会降低信噪比，形成对正常通信的压制；点频干扰，在已知目标频率的情况下，瞄准目标频率输出干扰信号，产生对目标通信的压制效果；扫频干扰，在目标频率范围内进行频率扫描，当干扰信号频率与通信频率的碰撞概率达到一定数值时，就会影响通信的信噪比，导致误码率增加，产生有效干扰。

作为一种优选方案，随机干扰模式的随机干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：当微波开关选通随机噪声输出时，输出信号为：

；

其中：K_S为微波开关增益，K_A为放大器增益，U_VCO为VCO输出信号幅度;射频信号干扰系统的输出为调频噪声，噪声幅度为K_SK_AU_VCO，噪声的中心频率为，噪声频谱的范围取决于的幅度。

作为一种优选方案，扫频干扰模式的扫频干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

；

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：设定频率合成器的输出频率为：;其中，K_F为第一频率控制字，为外部参考时钟的频率，N为第二频率控制字；

步骤3：根据频率合成器的输出频率，输出信号。

作为一种优选方案，点频干扰模式的点频干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

；

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：设定频率合成器的输出频率为：;其中，为外部参考时钟的频率，N为频率控制字；

步骤3：根据频率合成器的输出频率，输出信号。

一种基于权利要求1至6之一的射频信号干扰系统的方法，包括以下步骤：

步骤1：系统初始化；工作人员选择干扰模式，若选择随机干扰，则执行步骤2；未选择随机干扰则执行步骤3；

步骤2：微波开关选通压控振荡单元发送过来的信号；

步骤3：微波开关选通带通滤波器发送过来的信号；工作人员再选择干扰模式，若选择扫频干扰，则执行步骤4；若选择点频干扰，则执行步骤5；

步骤4：频率合成器转换到Ramped FSK调制模式，设置频率控制字和斜率控制器，产生FSK信号；

步骤5：频率合成器转换到单点模式，设置频率控制字，产生信号。

采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：

1、结构简单、成本低：本发明的干扰系统各个单元器件的连接关系简单，适用于工业化生产和制造。同时本实用新型的干扰系统的各个元器件无须进行另外的研发和制造，利用现有的器件进行组装即可，进一步的降低了成本。

2、功能多样、灵活性强：本发明的干扰系统，除了能够进行随机干扰以外，还能针对不同的情况选择进行扫频干扰和点频干扰，具备多种干扰功能，灵活性更强，

3、干扰能力强：本发明的中的扫频干扰和点频干扰信号的频率都采用频率合成器进行频率的合成，频率合成器的合成频率具有高频的特点，高频信号的干扰能力相较于低频信号干扰能力更强。

4、智能化：本发明的干扰系统能够根据用户的选择自行进行制定模式的干扰，同时，也可以设定系统自动选择，干扰过程中，无须人为进行干预，智能化程度高。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于频率合成器的射频信号干扰系统和方法的系统的结构图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明实施例1中提供了一种基于频率合成器的射频信号干扰系统，系统结构图如图1所示：

系统包括：晶振单元、锁相环、隔离放大单元、分频单元、频率合成器、微处理器、低通滤波器、混频器、带通滤波器、微波开关单元、噪声发生器、噪声放大单元、压控振荡单元和功率放大器；晶振单元信号连接于锁相环；锁相环分别信号连接于隔离放大单元和混频器；隔离放大单元信号连接于分频单元；分频单元信号连接于频率合成器；频率合成器分别信号连接于低通滤波器和微处理器；低通滤波器信号连接于混频器；混频器信号连接于带通滤波器；带通滤波器信号连接于微波开关单元；微波开关单元分别信号连接于带通滤波器、压控振荡单元、微处理器和功率放大器；噪声放大单元分别与噪声发生器和压控振荡单元信号连接；频率合成器包括：频率选择单元和频率合成单元；频率合成单元信号连接于频率选择单元，用于根据频率选择单元的控制命令合成指定的频率；频率选择单元，用于根据工作人员的操作，选择指定的频率。

作为一种优选实施例，晶振单元为10MHz的晶振器；锁相环频率为390MHz；分频单元为4分频器；压控振荡单元的频率范围为：406MHz-406.1MHz。

作为一种优选实施例，射频信号干扰系统的干扰模式共有三种：随机干扰，扫频干扰和点频干扰；随机干扰在目标频率范围内产生频率随机的干扰信号，湮没目标频率，也会降低信噪比，形成对正常通信的压制；点频干扰，在已知目标频率的情况下，瞄准目标频率输出干扰信号，产生对目标通信的压制效果；扫频干扰，在目标频率范围内进行频率扫描，当干扰信号频率与通信频率的碰撞概率达到一定数值时，就会影响通信的信噪比，导致误码率增加，产生有效干扰。

作为一种优选实施例，随机干扰模式的随机干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：当微波开关选通随机噪声输出时，输出信号为：

；

其中：K_S为微波开关增益，K_A为放大器增益，U_VCO为VCO输出信号幅度;射频信号干扰系统的输出为调频噪声，噪声幅度为K_SK_AU_VCO，噪声的中心频率为，噪声频谱的范围取决于的幅度。

作为一种优选实施例，扫频干扰模式的扫频干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

；

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：设定频率合成器的输出频率为：;其中，K_F为第一频率控制字，为外部参考时钟的频率，N为第二频率控制字；

步骤3：根据频率合成器的输出频率，输出信号。

作为一种优选实施例，点频干扰模式的点频干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

；

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：设定频率合成器的输出频率为：;其中，为外部参考时钟的频率，N为频率控制字；

步骤3：根据频率合成器的输出频率，输出信号。

本发明实施例2中提供了一种基于上述的射频信号干扰系统的方法，方法包括以下步骤：

步骤1：系统初始化；工作人员选择干扰模式，若选择随机干扰，则执行步骤2；未选择随机干扰则执行步骤3；

步骤2：微波开关选通压控振荡单元发送过来的信号；

步骤3：微波开关选通带通滤波器发送过来的信号；工作人员再选择干扰模式，若选择扫频干扰，则执行步骤4；若选择点频干扰，则执行步骤5；

步骤4：频率合成器转换到Ramped FSK调制模式，设置频率控制字和斜率控制器，产生FSK信号；

步骤5：频率合成器转换到单点模式，设置频率控制字，产生信号。

本发明实施例3中提供了一种基于频率合成器的射频信号干扰系统，系统包括：晶振单元、锁相环、隔离放大单元、分频单元、频率合成器、微处理器、低通滤波器、混频器、带通滤波器、微波开关单元、噪声发生器、噪声放大单元、压控振荡单元和功率放大器；晶振单元信号连接于锁相环；锁相环分别信号连接于隔离放大单元和混频器；隔离放大单元信号连接于分频单元；分频单元信号连接于频率合成器；频率合成器分别信号连接于低通滤波器和微处理器；低通滤波器信号连接于混频器；混频器信号连接于带通滤波器；带通滤波器信号连接于微波开关单元；微波开关单元分别信号连接于带通滤波器、压控振荡单元、微处理器和功率放大器；噪声放大单元分别与噪声发生器和压控振荡单元信号连接；频率合成器包括：频率选择单元和频率合成单元；频率合成单元信号连接于频率选择单元，用于根据频率选择单元的控制命令合成指定的频率；频率选择单元，用于根据工作人员的操作，选择指定的频率。

作为一种优选实施例，晶振单元为10MHz的晶振器；锁相环频率为390MHz；分频单元为4分频器；压控振荡单元的频率范围为：406MHz-406.1MHz。

作为一种优选实施例，射频信号干扰系统的干扰模式共有三种：随机干扰，扫频干扰和点频干扰；随机干扰在目标频率范围内产生频率随机的干扰信号，湮没目标频率，也会降低信噪比，形成对正常通信的压制；点频干扰，在已知目标频率的情况下，瞄准目标频率输出干扰信号，产生对目标通信的压制效果；扫频干扰，在目标频率范围内进行频率扫描，当干扰信号频率与通信频率的碰撞概率达到一定数值时，就会影响通信的信噪比，导致误码率增加，产生有效干扰。

作为一种优选实施例，随机干扰模式的随机干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：当微波开关选通随机噪声输出时，输出信号为：

；

其中：K_S为微波开关增益，K_A为放大器增益，U_VCO为VCO输出信号幅度;射频信号干扰系统的输出为调频噪声，噪声幅度为K_SK_AU_VCO，噪声的中心频率为，噪声频谱的范围取决于的幅度。

作为一种优选实施例，扫频干扰模式的扫频干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

；

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：设定频率合成器的输出频率为：;其中，K_F为第一频率控制字，为外部参考时钟的频率，N为第二频率控制字；

步骤3：根据频率合成器的输出频率，输出信号。

作为一种优选实施例，点频干扰模式的点频干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

；

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：设定频率合成器的输出频率为：;其中，为外部参考时钟的频率，N为频率控制字；

步骤3：根据频率合成器的输出频率，输出信号。

一种基于上述的射频信号干扰系统的方法，方法包括以下步骤：

步骤1：系统初始化；工作人员选择干扰模式，若选择随机干扰，则执行步骤2；未选择随机干扰则执行步骤3；

步骤2：微波开关选通压控振荡单元发送过来的信号；

步骤3：微波开关选通带通滤波器发送过来的信号；工作人员再选择干扰模式，若选择扫频干扰，则执行步骤4；若选择点频干扰，则执行步骤5；

步骤4：频率合成器转换到Ramped FSK调制模式，设置频率控制字和斜率控制器，产生FSK信号；

步骤5：频率合成器转换到单点模式，设置频率控制字，产生信号。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种基于频率合成器的射频信号干扰系统，其特征在于，所述系统包括：晶振单元、锁相环、隔离放大单元、分频单元、频率合成器、微处理器、低通滤波器、混频器、带通滤波器、微波开关单元、噪声发生器、噪声放大单元、压控振荡单元和功率放大器；所述晶振单元信号连接于锁相环；所述锁相环分别信号连接于隔离放大单元和混频器；所述隔离放大单元信号连接于分频单元；所述分频单元信号连接于频率合成器；所述频率合成器分别信号连接于低通滤波器和微处理器；所述低通滤波器信号连接于混频器；所述混频器信号连接于带通滤波器；所述带通滤波器信号连接于微波开关单元；所述微波开关单元分别信号连接于带通滤波器、压控振荡单元、微处理器和功率放大器；噪声放大单元分别与噪声发生器和压控振荡单元信号连接；所述频率合成器包括：频率选择单元和频率合成单元；所述频率合成单元信号连接于频率选择单元，用于根据频率选择单元的控制命令合成指定的频率；所述频率选择单元，用于根据工作人员的操作，选择指定的频率。

2.如权利要求1所述的基于频率合成器的射频信号干扰系统，其特征在于，所述晶振单元为10MHz的晶振器；所述锁相环频率为390MHz；所述分频单元为4分频器；所述压控振荡单元的频率范围为：406MHz-406.1MHz。

3.如权利要求2所述的基于频率合成器的射频信号干扰系统，其特征在于，所述射频信号干扰系统的干扰模式共有三种：随机干扰，扫频干扰和点频干扰；所述随机干扰在目标频率范围内产生频率随机的干扰信号，湮没目标频率，也会降低信噪比，形成对正常通信的压制；所述点频干扰，在已知目标频率的情况下，瞄准目标频率输出干扰信号，产生对目标通信的压制效果；所述扫频干扰，在目标频率范围内进行频率扫描，当干扰信号频率与通信频率的碰撞概率达到一定数值时，就会影响通信的信噪比，导致误码率增加，产生有效干扰。

4.如权利要求3所述的基于频率合成器的射频信号干扰系统，其特征在于，所述随机干扰模式的随机干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：当微波开关选通随机噪声输出时，输出信号为：

；

其中：K_S为微波开关增益，K_A为放大器增益，U_VCO为VCO输出信号幅度;射频信号干扰系统的输出为调频噪声，噪声幅度为K_SK_AU_VCO，噪声的中心频率为，噪声频谱的范围取决于的幅度。

5.如权利要求3所述的基于频率合成器的射频信号干扰系统，其特征在于，所述扫频干扰模式的扫频干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

；

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：设定频率合成器的输出频率为：;其中，K_F为第一频率控制字，为外部参考时钟的频率，N为第二频率控制字；

步骤3：根据频率合成器的输出频率，输出信号。

6.如权利要求3所述的基于频率合成器的射频信号干扰系统，其特征在于，所述点频干扰模式的点频干扰信号产生的方法包括以下步骤：

步骤1：噪声发生器的随机电压噪声施加到压控振荡单元的电压控制端，产生噪声调频信号，此时压控振荡单元输入信号的频率表示为：

；

式中：为控制电压为零时VCO输出频率，为压控振荡单元的电压控制增益，为直流控制电压，为噪声放大电路增益，为基带噪声信号；

步骤2：设定频率合成器的输出频率为：;其中，为外部参考时钟的频率，N为频率控制字；

步骤3：根据频率合成器的输出频率，输出信号。

7.一种基于权利要求1至6之一所述的射频信号干扰系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统初始化；工作人员选择干扰模式，若选择随机干扰，则执行步骤2；未选择随机干扰则执行步骤3；

步骤2：微波开关选通压控振荡单元发送过来的信号；

步骤3：微波开关选通带通滤波器发送过来的信号；工作人员再选择干扰模式，若选择扫频干扰，则执行步骤4；若选择点频干扰，则执行步骤5；

步骤4：频率合成器转换到Ramped FSK调制模式，设置频率控制字和斜率控制器，产生FSK信号；

步骤5：频率合成器转换到单点模式，设置频率控制字，产生信号。