CN106571838A - 一种射频信号发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频信号发生装置，包括FPGA控制模块、中频信号发生器、混频器、本振信号发生器、功率放大器和输出端口，所述FPGA控制模块、中频信号发生器、混频器、射频介质滤波器、功率放大器、输出端口依次连接，所述FPGA控制模块、本振信号发生器、混频器依次连接，所述FPGA控制模块与射频介质滤波器连接。本发明设计的产生2.4GHz频段的射频信号发生系统能满足科研及教学仪器使用的需要；同时满足应用日益广泛的无线通信、无线局域网等应用，其成本低、外围电路简单，工作频带稳定，参数可调，人机界面友好，与操作普通信号发生器一样方便；还应用了增加收发切换电路的功率放大器，对合成的频率进行功率放大，提升了射频信号发生器的性能。

Description

一种射频信号发生装置

技术领域

本发明涉及射频信号领域，具体涉及一种射频信号发生装置。

背景技术

在现代无线通信系统中，对大容量、高速数据的无线传输提出越来越高的要求，许多厂商也推出基于802.11系列协议的射频IC，并且无线路由器、蓝牙等技术也广泛应用，对2.4GHz频段的使用需求日益增多，但是除部分高端信号发生器具有2.4GHz频段的信号产生，普通信号发生器均未涉及2.4GHz频段，开发涉及一种基于2.4GHz频段的射频信号发生器以满足科研及教学仪器使用的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是普通信号发生器均未涉及2.4GHz频段，不能满足科研及教学仪器使用的需要。目的在于提供一种射频信号发生装置，产生2.4GHz频段的射频信号发生系统以满足科研及教学仪器使用的需要。

本发明通过下述技术方案实现：

一种射频信号发生装置，其特征在于，包括FPGA控制模块、中频信号发生器、混频器、本振信号发生器、射频介质滤波器、功率放大器和输出端口，所述FPGA控制模块、中频信号发生器、混频器、射频介质滤波器、功率放大器、输出端口依次连接，所述FPGA控制模块、本振信号发生器、混频器依次连接，所述FPGA控制模块与射频介质滤波器连接；所述FPGA控制模块用于产生基带信号，中频信号发生器用于将基带信号调制成中频信号，所述本振信号发生器用于产生射频本振信号，所述混频器用于将中频信号和射频本振信号混频成射频信号，所述射频介质滤波器用于将基带信号和射频信号进行滤波，所述功率放大器用于功率检测收发信号电路的切换。FPGA控制模块还连接有人机界面，能通过人机界面实现人机交互。

进一步地，中频信号发生器包括串并转换器、数模转换芯片、耦合射频变压器、声表面波滤波器和中频放大器，所述FPGA控制模块、串并转换器、数模转换芯片、耦合射频变压器、声表面波滤波器、中频放大器、混频器依次连接。数模转换芯片内部包括正交调制器、数模转换器、DDS内核，串并转换器与正交调制器连接，FPGA控制模块将控制字输入DDS内核，同时参考时钟信号也输入DDS内核，DDS内核与正交调制器连接，正交调制器与数模转换器连接，数模转换器与耦合射频变压器连接。

进一步地，本振信号发生器包括参考晶振、频率合成器、低通滤波器、压控振荡器，所述本振信号发生器包括参考晶振、频率合成器、低通滤波器、压控振荡器，所述FPGA控制模块、频率合成器、低通滤波器、压控振荡器依次连接，压控振荡器与频率合成器连接，所述参考晶振与FPGA控制模块连接。混频器要将70MHz的中频信号混频至2450MHz的ISM频段的射频信号，射频本振信号是必须的，频率是2380MHz。

进一步地，功率放大器包括功率检测器和收发切换电路，所述射频介质滤波器、功率检测器、收发切换电路、输出端口依次连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明设计的产生2.4GHz频段的射频信号发生系统能满足科研及教学仪器使用的需要；同时满足应用日益广泛的无线通信、无线局域网等应用，其成本低、外围电路简单，工作频带稳定，参数可调，人机界面友好，与操作普通信号发生器一样方便；还应用了增加收发切换电路的功率放大器，对合成的频率进行功率放大，提升了射频信号发生器的性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明系统框架结构示意图；

图2为本发明中频信号发生器结构示意图；

图3为本发明本振信号发生器结构示意图；

图4为本发明混频器电路图；

图5为本发明收发切换电路示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一切换开关，2-第二切换开关。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，一种射频信号发生装置，包括FPGA控制模块、中频信号发生器、混频器、本振信号发生器、功率放大器和输出端口，所述FPGA控制模块、中频信号发生器、混频器、射频介质滤波器、功率放大器、输出端口依次连接，所述FPGA控制模块、本振信号发生器、混频器依次连接，所述FPGA控制模块与射频介质滤波器连接；功率放大器包括功率检测器和收发切换电路，所述射频介质滤波器、功率检测器、收发切换电路、输出端口依次连接。所述FPGA控制模块用于产生基带信号，中频信号发生器用于将基带信号调制成中频信号，所述本振信号发生器用于产生射频本振信号，所述混频器用于将中频信号和射频本振信号混频成射频信号，所述射频介质滤波器用于将基带信号和射频信号进行滤波，所述功率放大器用于功率检测收发信号电路的切换。FPGA控制模块产生基带信号并将基带信号传输至中频信号发生器、本振信号发生器和射频介质滤波器，中频信号发生器将基带信号调制成中频信号并将中频信号传输至混频器，本振信号发生器产生射频本振信号并将其传输至混频器，混频器将接收的中频信号和射频本振信号混频城射频信号，混频器将射频信号传输至射频介质滤波器，射频介质滤波器将接收的基带信号和射频信号进行滤波之后传输至功率放大器的功率检测器进行功率检测，功率检测之后通过收发切换电路对信号进行选择输出或输入，收发切换电路与输出端口连接。

如图2所示，中频信号发生器包括串并转换器、数模转换芯片、耦合射频变压器、声表面波滤波器和中频放大器，中频信号发生器包括串并转换器、数模转换芯片、耦合射频变压器、声表面波滤波器和中频放大器，所述FPGA控制模块、串并转换器、数模转换芯片、耦合射频变压器、声表面波滤波器、中频放大器、混频器依次连接。FPGA控制模块将基带信号传输至串并转换器进行串并转换，经过串并转换之后的信号传输至数模转换芯片进行数模转换，经过数模转换之后的信号依次通过耦合射频变压器、声表面波滤波器和中频放大器进行处理形成中频信号并输出至混频器。FPGA控制模块采用ALTERA公司的EP1C20芯片，数模转换芯片采用AD9856，FPGA控制模块产生的I/Q信号经由串并转换后送入AD9856 中，在AD9856内部的DDS内核，通过FPGA控制产生正交本振信号送入正交调制器，通过2级分别与I/Q信号相乘之后相加，产生正交调制信号，而具体的调制模式可以通过FPGA的基带信号编码映射设计，最后通过12位DAC变为正交调制的模拟差分信号输出，接着用耦合射频变压器将输出的差分信号转换为单端信号，经由70MHz的声表面波滤波器滤波，最后选用中频放大器进行信号放大，就可送入混频器进行混频了。

如图3所示，本振信号发生器包括参考晶振、频率合成器、低通滤波器、压控振荡器，所述本振信号发生器包括参考晶振、频率合成器、低通滤波器、压控振荡器，所述FPGA控制模块、频率合成器、低通滤波器、压控振荡器依次连接，压控振荡器与频率合成器连接，所述参考晶振与FPGA控制模块连接。FPGA控制模块经基带信号传输至频率合成器进行频率合成，频率合成之后的信号经过低通滤波器进行滤波传输至压控振荡器，压控振荡器对滤波之后的信号进行处理产生射频本振信号并输出至混频器。本振信号发生器采用PLL+VCO的锁相环路提供本振信号，具有精度和稳定度高、频率可变等优点，方便在以后频率资源调整或扩展。本振信号的频率稳定度很重要，这部分设计以集成电路为核心，采用ADI公司的频率合成器ADF4113和MAXIM公司的压控振荡器MAX2750。为控制频率合成器通过FPGA串行接口信号时序来控制锁相环频率合成器ADF4113，根据ADF4113内部完成参考晶振的频率和压控振荡器(VCO)的频率(经除N分频器)相位差的比较，并转换成相对应的线性电压输出，经低通滤波器(LPF)虑除高频干扰后，获得一较为稳定的电压，控制VCO的振荡频率输出，从而获得所需要的2380MHz本振信号。

混频器的电路如图4所示，混频器对2.4GHz频段的实现极为重要，主要完成将70M中频信号调制到2.4GHz射频，这里选用MAXIM公司的专用2.4GHz频段的MAX2671混频芯片。其中，引脚L0的输入信号为振荡器信号，引脚IFIN为中间频率输出，电阻R1为关机控制端，电容C4的输出端为射频信号输出端。MAX2671允许中频输入频率在40MHz到500MHz之间，射频输出频率在2.4GHz到2.5GHz之间。采用单端信号，内部集成了一个单通道的乘法器，在2450MHz的射频信号混频输出时，具有8.9dB的增益，因此，本振信号在-10dBm到+5dBm之间均可。电路中各元器件参数如下：电容C1-220pF；电容C2-220pF；电容C3-220pF；电容C4-220pF；电容C6-47pF；电容C8-100pF；电容C9-10uF；电感L1-1.8nH；电感L2-3.3nH。

收发切换电路示意图如图5 所示，第一切换开关1和第二切换开关2分别有接收端RX和发送端TX，第一切换开关1左端与功率检测器连接，第二切换开关2右端与输出端口连接；当功率检测器接收到发射信号时，第一切换开关1打向发送端TX，PA电路（发射功率放大电路）打开，LNA电路（低噪声放大电路）断开，第二切换开关2打向接收端RX，当功率检测器接收到接收信号时其情形与接收到发射信号时相反。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种射频信号发生装置，其特征在于，包括FPGA控制模块、中频信号发生器、混频器、本振信号发生器、射频介质滤波器、功率放大器和输出端口，所述FPGA控制模块、中频信号发生器、混频器、射频介质滤波器、功率放大器、输出端口依次连接，所述FPGA控制模块、本振信号发生器、混频器依次连接，所述FPGA控制模块与射频介质滤波器连接；所述FPGA控制模块用于产生基带信号，中频信号发生器用于将基带信号调制成中频信号，所述本振信号发生器用于产生射频本振信号，所述混频器用于将中频信号和射频本振信号混频成射频信号，所述射频介质滤波器用于将基带信号和射频信号进行滤波，所述功率放大器用于功率检测收发信号电路的切换。

2.根据权利要求1所述的一种射频信号发生装置，其特征在于，所述中频信号发生器包括串并转换器、数模转换芯片、耦合射频变压器、声表面波滤波器和中频放大器，所述FPGA控制模块、串并转换器、数模转换芯片、耦合射频变压器、声表面波滤波器、中频放大器、混频器依次连接。

3.根据权利要求1所述的一种射频信号发生装置，其特征在于，所述本振信号发生器包括参考晶振、频率合成器、低通滤波器、压控振荡器，所述FPGA控制模块、频率合成器、低通滤波器、压控振荡器依次连接，压控振荡器与频率合成器连接，所述参考晶振与FPGA控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种射频信号发生装置，其特征在于，所述功率放大器包括功率检测器和收发切换电路，所述射频介质滤波器、功率检测器、收发切换电路、输出端口依次连接。