CN108156105A - 一种可变功率/频率的窄带fsk信号调制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，所述系统包括依次连接的饱和放大和限幅模块、锁相环分频模块、脉冲信号产生模块、脉冲调制模块和数控衰减模块；所述饱和放大和限幅模块用于对输入信号f0进行饱和放大；所述锁相环分频模块用于对放大后的f0分频得到n个频偏df1、df2…、dfn，分别得到f0‑dfn、…、f0‑df2、f0‑df1、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn信号；所述脉冲信号产生模块用于将2n+1个信号：f0‑dfn、…、f0‑df2、f0‑df1、f0、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn分别通过2n+1个波门开关，输出2n+1个脉冲信号，然后将2n+1个脉冲信号合成一路信号，进行放大后输出；所述脉冲调制模块用于实现脉冲信号的调制后再进行放大；所述数控衰减模块用于对信号进行多级数控衰减后输出。

Description

一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统及方法

技术领域

本发明属于微波信号调制技术领域，特别涉及一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统及方法。

背景技术

为了完成导弹等的无线电控制仪功能和性能测试，需要在测试设备中设计能够替代照射制导雷达功能的测试单元，实现将发送端基带信号(以PAM+FSK方式)调制到某微波波段输出，解决可变功率/频率的窄带FSK上行信号调制问题。其主要要求包括：(1)FSK输出的几种状态频率较近，隔离度要好；(2)设计频率范围内输出功率稳定；(3)具有高精度的程控衰减能力，满足灵敏度自动测试需要。

基于锁相环的调制器，所获得调频信号，其载频稳定度很高，目前应用较为普遍。小数锁相环在FSK调制中也有应用，但是无法实现频偏df的程控调整，不能设计出满足上述要求的调制信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的装置无法设计出窄带FSK调制信号的不足，提供一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，采用该系统，能够提供3状态即f0、f0+df和f0-df的FSK信号，在参考频率为9～11GHz时可调制的脉冲调制最小脉宽为0.3μs。

为解决上述技术问题，本发明提出的一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，所述系统包括依次连接的饱和放大和限幅模块、锁相环分频模块、脉冲信号产生模块、脉冲调制模块和数控衰减模块；

所述饱和放大和限幅模块，用于对输入的参考信号f0进行饱和放大，为所述锁相环分频模块提供一个功率稳定的基准频率源；

所述锁相环分频模块，用于对参考信号f0分频得到n个频偏df1、df2…dfn，分别得到f0-dfn、…、f0-df2、f0-df1、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn信号；

所述脉冲信号产生模块，用于将2n+1个信号：f0-dfn、…、f0-df2、f0-df1、f0、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn分别通过2n+1个波门开关，输出2n+1个脉冲信号，然后合成一路信号，进行放大后输出；

所述脉冲调制模块，用于对所述脉冲信号产生模块输出的脉冲信号进行调制后再进行放大后输出；

所述数控衰减模块，包含串联的2n+1级数控衰减器；用于对所述脉冲调制模块输出的信号进行多级数控衰减，输出数控衰减信号。

作为上述系统的一种改进，所述锁相环分频模块包括功分器和2n个并联的锁相环电路；所述功分器用于将参考信号f0分成n+1个信号，其中，一路直接输出，其余n路分别进行处理后得到n路锁相环参考频率的信号，然后第i个信号，1≤i≤n，分别输入至两个锁相环电路，利用锁相环电路的小数分频得到一个频偏dfi，两个锁相环电路分别输出f0-dfi和f0+dfi信号。

作为上述系统的一种改进，所述脉冲信号产生模块包括2n+1个波门开关、一个合路器和一个放大器，其中，将f0信号通过波门开关DT0控制f0的开关，得到f0的脉冲信号；DT1控制f0+df1信号的开关脉冲得到f0+df信号的脉冲信号；DT2控制f0-df信号开关脉冲得到f0-df1信号脉冲信号；依次类推，DT(2n-1)控制f0+dfn信号的开关脉冲得到f0+dfn信号的脉冲信号；DT2n控制f0-dfn信号开关脉冲得到f0-dfn信号脉冲；信号DT0、DT1、DT2、DT3、DT4…DT2n为外部向信号调制系统提供的发送端基带信号；2n+1个脉冲信号通过合路器后合成一路信号，然后再经过放大器电路放大后输出。

作为上述系统的一种改进，所述脉冲调制模块为由2n级射频开关电路和一个放大电路组成的脉冲调制电路；由DTC控制脉冲的通断，每级开关的隔离度为40dB，DTC信号是发送端基带信号的同步脉冲：

DTC＝DT0⊕DT1⊕DT2⊕DT3⊕DT4…⊕DT2n。

作为上述系统的一种改进，所述数控衰减器和外部接口采用标准RS232串口。

基于上述系统，本发明还提供了一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制方法，所述方法包括：

步骤1)输入参考信号f0通过所述饱和放大和限幅模块进行饱和放大后，进入所述锁相环分频模块；

步骤2)对输入参考信号f0分频得到n个频偏df1、df2、dfn，分别得到f0-dfn、…、f0-df2、f0-df1、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn信号；

步骤3)f0-dfn、…、f0-df2、f0-df1、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn信号进入脉冲信号产生模块，将f0信号通过波门开关DT0控制f0的开关，得到f0的脉冲信号；DT1控制f0+df1信号的开关脉冲得到f0+df信号的脉冲信号；DT2控制f0-df信号开关脉冲得到f0-df1信号脉冲信号；依次类推，DT(2n-1)控制f0+dfn信号的开关脉冲得到f0+dfn信号的脉冲信号；DT2n控制f0-dfn信号开关脉冲得到f0-dfn信号脉冲；信号DT0、DT1、DT2、DT3、DT4…DT2n为外部向信号调制系统提供的发送端基带信号；2n+1个脉冲信号通过合路器后合成一路信号，然后再经过一个放大器电路进行放大后输出；

步骤4)脉冲信号产生模块输出的信号进入脉冲调制模块进行调制，由DTC控制脉冲的通断，DTC信号是发送端基带信号的同步脉冲DTC＝DT0⊕DT1⊕DT2⊕DT3⊕DT4...⊕DT2n；然后经放大器放大后输出；

步骤5)所述脉冲调制模块输出的信号进入数控衰减模块，经过多级数控衰减器，输出较大幅度的数控衰减信号。

本发明的优势在于：

本发明在设计中使用了小数锁相环产生f0-df和f0+df两路信号的方法，在保证了输出频率的精度和稳定度的同时能够实现df的程控调整，使得模块具有了较好的扩展性，能够便于系统调试和未来扩展相同的测试能力。

附图说明

图1为本发明的可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，具有以下功能：可变中心频率的三状态FSK的实现、FSK输出的三种状态频率较近、频偏df的程控调整，隔离度好、精确程控衰减的实现，所述系统包括依次连接的饱和放大和限幅模块、锁相环分频模块、脉冲信号产生模块、脉冲调制模块和数控衰减模块；

所述饱和放大和限幅模块，用于对输入的参考微波信号f0进行饱和放大，为后面的锁相环分频模块提供一个功率稳定的基准频率源。

所述锁相环分频模块，用于对参考信号f0分频多次得到锁相环的参考频率，然后输入至锁相环电路，锁相环内部除以4作为鉴相频率，VCO的输出频率同样除以2输入锁相环，再除以128整数，得到和f0相同的频率，利用锁相环的小数分频得到df的频偏，分别得到f0-df和f0+df信号。锁相环的控制由单片机进行控制，和外部接口采用标准RS232串口。

所述脉冲信号产生模块，用于将f0信号通过波门开关DT0控制f0的开关，得到f0的脉冲；DT1控制f0+df信号的开关脉冲得到f0+df信号的脉冲；DT2控制f0-df信号开关脉冲得到f0-df信号脉冲；然后通过合路器将3路信号合成一路信号，得到三路信号的脉冲信号，然后再经过一个放大器电路进行放大。其中，DT0、DT1和DT2为外部向信号调制系统提供的发送端基带信号(TTL信号)；DTC信号是发送端基带信号的同步脉冲

所述脉冲调制模块，用于实现脉冲信号的调制，包括由2级射频开关电路和一个放大电路组成脉冲调制电路；由DTC控制脉冲的通断，每级开关的隔离度为40dB，因此2级达到60dB以上。

所述数控衰减模块，包含三级数控衰减器；采用RS232串行总线的方式实现程控。

基于上述系统，本发明还提供了一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制方法，所述方法包括：

步骤1)输入参考信号f0通过所述饱和放大和限幅模块后，进入所述锁相环分频模块；

步骤2)参考信号f0分频多次得到宽带内的微波信号作为锁相环的参考频率，利用锁相环的小数分频得到df的频偏，分别得到f0-df和f0+df信号；

步骤3)f0、f0-df和f0+df信号进入脉冲信号产生模块，f0信号通过波门开关DT0控制f0的开关，得到f0的脉冲；DT1控制f0+df信号的开关脉冲得到f0+df信号的脉冲；DT2控制f0-df信号开关脉冲得到f0-df信号脉冲；共得到三路脉冲信号；三路脉冲信号通过合路器合成一路脉冲信号，合成后的脉冲信号经放大器放大后输出；

其中，外部向信号调制系统提供的发送端基带信号为DT0、DT1、DT2；DTC信号是发送端基带信号的同步脉冲DTC＝DT0⊕DT1⊕DT2；

步骤4)所述脉冲信号产生模块输出的信号进入脉冲调制模块进行调制，调制后的信号经放大器放大后输出；

步骤5)所述脉冲调制模块输出的信号进入数控衰减模块，经过3级数控衰减器(每级为31.5dB，步进0.5dB)，实现80dB的数控衰减信号。

当将信号扩展为5路信号时，所述方法包括：

步骤1)输入参考信号f0通过所述饱和放大和限幅模块后，进入所述锁相环分频模块；

步骤2)参考信号f0分频多次得到宽带内的微波信号作为锁相环的参考频率，利用锁相环的小数分频得到df的频偏，分别得到f0-df1、f0+df1、f0-df2、f0+df2信号；

步骤3)f0、f0-df1、f0+df1、f0-df2和f0+df2信号进入脉冲信号产生模块，f0信号通过波门开关DT0控制f0的开关，得到f0的脉冲；DT1控制f0+df1信号的开关脉冲得到f0+df1信号的脉冲；DT2控制f0-df1信号开关脉冲得到f0-df1信号脉冲；DT3控制f0+df2信号的开关脉冲得到f0+df2信号的脉冲；DT4控制f0-df2信号开关脉冲得到f0-df2信号脉冲；共得到五路脉冲信号；五路脉冲信号通过合路器合成一路脉冲信号；合成后的脉冲信号经放大后输出；

外部向信号调制系统提供的发送端基带信号为DT0、DT1、DT2、DT3和DT4；DTC信号是发送端基带信号的同步脉冲DTC＝DT0⊕DT1⊕DT2⊕DT3⊕DT4；

在保证了输出频率的精度和稳定度的同时能够实现df的程控调整(调整分辨率优于100kHz)，使得模块具有了较好的扩展性，能够便于系统调试和未来扩展相同的测试能力。

步骤4)所述脉冲信号产生模块输出的信号进入脉冲调制模块进行调制，经放大器放大后输出；

信号调制方法总体上采用五种频率切换，脉冲调制采用多级高速开关调制来实现。

步骤5)所述脉冲调制模块输出的信号进入数控衰减模块，经过多级数控衰减器，实现较大幅度的数控衰减信号。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的饱和放大和限幅模块、锁相环分频模块、脉冲信号产生模块、脉冲调制模块和数控衰减模块；

所述饱和放大和限幅模块，用于对输入的参考信号f0进行饱和放大，为所述锁相环分频模块提供一个功率稳定的基准频率源；

所述锁相环分频模块，用于对参考信号f0分频得到n个频偏df1、df2…dfn，分别得到f0-dfn、…、f0-df2、f0-df1、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn信号；

所述脉冲信号产生模块，用于将2n+1个信号：f0-dfn、…、f0-df2、f0-df1、f0、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn分别通过2n+1个波门开关，输出2n+1个脉冲信号，然后合成一路信号，进行放大后输出；

所述脉冲调制模块，用于对所述脉冲信号产生模块输出的脉冲信号进行调制后再进行放大后输出；

所述数控衰减模块，包含串联的2n+1级数控衰减器；用于对所述脉冲调制模块输出的信号进行多级数控衰减，输出数控衰减信号。

2.根据权利要求1所述的可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，其特征在于，所述锁相环分频模块包括功分器和2n个并联的锁相环电路；所述功分器用于将参考信号f0分成n+1个信号，其中，一路直接输出，其余n路分别进行处理后得到n路锁相环参考频率的信号，然后第i个信号，1≤i≤n，分别输入至两个锁相环电路，利用锁相环电路的小数分频得到一个频偏dfi，两个锁相环电路分别输出f0-dfi和f0+dfi信号。

3.根据权利要求2所述的可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，其特征在于，所述脉冲信号产生模块包括2n+1个波门开关、一个合路器和一个放大器，其中，将f0信号通过波门开关DT0控制f0的开关，得到f0的脉冲信号；DT1控制f0+df1信号的开关脉冲得到f0+df信号的脉冲信号；DT2控制f0-df信号开关脉冲得到f0-df1信号脉冲信号；依次类推，DT(2n-1)控制f0+dfn信号的开关脉冲得到f0+dfn信号的脉冲信号；DT2n控制f0-dfn信号开关脉冲得到f0-dfn信号脉冲；信号DT0、DT1、DT2、DT3、DT4…DT2n为外部向信号调制系统提供的发送端基带信号；2n+1个脉冲信号通过合路器后合成一路信号，然后再经过放大器电路放大后输出。

4.根据权利要求3所述的可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，其特征在于，所述脉冲调制模块为由2n级射频开关电路和一个放大电路组成的脉冲调制电路；由DTC控制脉冲的通断，每级开关的隔离度为40dB，DTC信号是发送端基带信号的同步脉冲DTC＝DT0⊕DT1⊕DT2⊕DT3⊕DT4…⊕DT2n。

5.根据权利要求1所述的可变功率/频率的窄带FSK信号调制系统，其特征在于，所述数控衰减器和外部接口采用标准RS232串口。

6.一种基于权利要求1-5之一所述的系统实现的可变功率/频率的窄带FSK信号调制方法，所述方法包括：

步骤1)输入参考信号f0通过所述饱和放大和限幅模块进行饱和放大后，进入所述锁相环分频模块；

步骤2)对输入参考信号f0分频得到n个频偏df1、df2、dfn，分别得到f0-dfn、…、f0-df2、f0-df1、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn信号；

步骤3)f0-dfn、…、f0-df2、f0-df1、f0+df1、f0+df2、…、f0+dfn信号进入脉冲信号产生模块，将f0信号通过波门开关DT0控制f0的开关，得到f0的脉冲信号；DT1控制f0+df1信号的开关脉冲得到f0+df信号的脉冲信号；DT2控制f0-df信号开关脉冲得到f0-df1信号脉冲信号；依次类推，DT(2n-1)控制f0+dfn信号的开关脉冲得到f0+dfn信号的脉冲信号；DT2n控制f0-dfn信号开关脉冲得到f0-dfn信号脉冲；信号DT0、DT1、DT2、DT3、DT4…DT2n为外部向信号调制系统提供的发送端基带信号；2n+1个脉冲信号通过合路器后合成一路信号，然后再经过一个放大器电路进行放大后输出；

步骤4)脉冲信号产生模块输出的信号进入脉冲调制模块进行调制，由DTC控制脉冲的通断，DTC信号是发送端基带信号的同步脉冲DTC＝DT0⊕DT1⊕DT2⊕DT3⊕DT4...⊕DT2n；然后经放大器放大后输出；

步骤5)所述脉冲调制模块输出的信号进入数控衰减模块，经过多级数控衰减器，实现较大幅度的数控衰减信号。