CN111224622B - 一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置及方法，该装置包括依次连接的放大器一、低通滤波器一和开关一，所述开关一输出两路信号，一路信号经可调衰减器和低通滤波器二，再经过开关二输出，另一路信号经混频器一、带通滤波器、放大器二、混频器二和低通滤波器三，再经过开关二输出，所述混频器一与第一可变本振连接，所述混频器二与第二可变本振连接，本发明所公开的装置及方法高带宽且任意可调，噪声信号带内平坦度好，且频段覆盖广，选择合适的本振信号和滤波器频段，输出的噪声信号频率可以覆盖所需的各种频段。

Description

一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置及方法
技术领域
本发明涉及一种噪声信号发生装置及方法，特别涉及一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置及方法。
背景技术
在无线电信号的测试过程中，噪声信号发生器可以广泛应用于信噪比、载噪比测试、误码测试、信号干扰等方面，从而满足在通信、电子对抗、雷达、导航等装备或系统的设计与验证过程中的相关测试需求。
噪声信号的产生有两种方式：一是模拟方式，采用物理噪声发生电路，再通过后续的通道调理和控制从而输出相关的噪声信号；二是数字和模拟混合方式，采用FPGA进行数字信号算法，输出到DAC，再通过相关的混频、放大、衰减和滤波等控制从而得到所需噪声信号。
模拟方式实现方法如图1所示，是通过半导体器件(如噪声二极管)产生宽带白噪声信号，先通过一次高通滤波后进入调谐滤波电路模块，调谐滤波主要是通过FPGA和DAC来控制两个可调滤波器，根据设置的噪声信号中心频率和带宽来同时调节高通和低通滤波器的截止频率点，最终实现中心频率和带宽的任意可调。该种方式噪声具有比较高的带宽，但是在噪声带宽控制上通过调谐滤波模块实现，首先是很难实现窄带宽和宽带宽时都具有较好的滤波效果，其次是在可调高通滤波器和可调低通滤波器在电路调试时难度十分大，而且调谐一致性较差，大大增加了相应的控制电路复杂度。
数字和模拟混合方式如图2所示，是通过FPGA先产生伪随机码，经过FIR滤波模块生产带宽可调的数字噪声序列，输出到DAC器件实现数模转换，滤波后进行和可变本振信号进行混频从而实现中心频率的可调。该种方式可以很好的实现噪声带宽的任意可调，很难实现高带宽的噪声信号，当噪声带宽提高时，对FPGA资源消耗将成倍增加，同时要选用采样率十分高的DAC器件，硬件开销较大，成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置及方法，以达到实现噪声信号的带宽和中心频率任意可调的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置，包括依次连接的放大器一、低通滤波器一和开关一，所述开关一输出两路信号，一路信号经可调衰减器和低通滤波器二，再经过开关二输出，另一路信号经混频器一、带通滤波器、放大器二、混频器二和低通滤波器三，再经过开关二输出，所述混频器一与第一可变本振连接，所述混频器二与第二可变本振连接。
上述方案中，所述低通滤波器一、低通滤波器二、带通滤波器和低通滤波器三的滤波频率范围均为固定值。
一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生方法，包括如下过程：
首先，超高带宽噪声信号经过放大器一后通过低通滤波器一，然后通过开关一，第一路信号经可调衰减器和低通滤波器二，再经过开关二选择输出，实现噪声信号的全频段输出；第二路信号经过混频器一与第一可变本振信号进行第一次混频后输出，经过带通滤波器滤波后得到带宽可调的噪声信号，然后噪声信号经过放大器二后在混频器二中与第二可变本振信号进行第二次混频，然后经过低通滤波器三，得到中心频率可调的噪声信号，最后通过开关二选择输出中心频率和带宽任意可调的噪声信号。
上述方案中，经过带通滤波器滤波后得到的噪声信号的带宽：BW＝FL3+FL1-LO1，
其中，BW是经过带通滤波器滤波后得到的噪声信号的带宽，FL1是低通滤波器一的截止频率，FL3是带通滤波器的上限截止频率，LO1是第一可变本振信号的频率。
上述方案中，经过低通滤波器三得到的噪声信号的中心频率：Fo＝LO2-FL3+BW/2，其中，Fo是经过低通滤波器三得到的噪声信号的中心频率，LO2是第二可变本振信号的频率。
通过上述技术方案，本发明提供的一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置及方法具有如下优点：
1、高带宽且中心频率任意可调：本发明创新的采用第一可变本振和第二可变本振组成的双可变本振变频以及多个低通滤波器和带通滤波器对宽带噪声进行调理，产生中心频率任意可调，带宽任意可调的噪声信号，且可实现的噪声带宽最大可至全频段，电路方案简单，易于实现。
2、噪声信号带内平坦度好：本方案中的滤波采用固定频率的滤波器，滤波效果较好，具有较高的频响，大大减轻了电路的调试工作量。
3、频段覆盖广：选择合适的本振信号和滤波器频段，输出的噪声信号频率可以覆盖所需的各种频段。
4、本方法降低了对元器件的功能要求，且可以实现较高的技术指标，具有明显的技术优势。同时本方法具有较高的扩展性，为后续的产品开发提供了技术解决方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术中模拟方式实现带宽和中心频率可调噪声信号示意图；
图2为现有技术中数字和模拟混合方式实现带宽和中心频率可调噪声信号示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置组成示意图；
图4为本发明实施例所公开的低通滤波器一滤波后噪声信号频率示意图；
图5a为本发明实施例所公开的噪声信号和第一可变本振信号混频后信号频谱示意图；
图5b为第一可变本振信号频率改变后，噪声信号和第一可变本振信号混频后信号频谱示意图；
图6为本发明实施例所公开的带通滤波器滤波后的噪声信号频谱示意图；
图7为低通滤波器三滤波后的噪声信号频谱示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置及方法，具体实施例如下：
如图3所示，一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置，包括依次连接的放大器一、低通滤波器一和开关一，开关一输出两路信号，一路信号经可调衰减器和低通滤波器二，再经过开关二输出，另一路信号经混频器一、带通滤波器、放大器二、混频器二和低通滤波器三，再经过开关二输出，混频器一与第一可变本振连接，混频器二与第二可变本振连接。
本实施例中，低通滤波器一、低通滤波器二、带通滤波器和低通滤波器三的滤波频率范围均为固定值。
一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生方法，包括如下过程：
首先，超高带宽噪声信号经过放大器一后通过低通滤波器一，频谱示意图如图4所示，然后通过开关一，第一路信号经可调衰减器和低通滤波器二，再经过开关二选择输出，实现噪声信号的全频段输出。
第二路信号经过混频器一与第一可变本振信号进行第一次混频后输出，输出噪声信号频谱如图5a和图5b所示，其带宽决定了任意可调的最大噪声带宽。图5b相对图5a是改变了第一可变本振的频率LO1，可以实现混频后噪声频率的搬移，从而改变落在带通滤波器频段内中噪声信号的带宽大小，通过带通滤波器滤波后实现噪声带宽的任意可调。
经过带通滤波器滤波后得到带宽可调的噪声信号，噪声信号频谱示意图如图6所示。经过带通滤波器滤波后得到的噪声信号的带宽：BW＝FL3+FL1-LO1，
其中，BW是经过带通滤波器滤波后得到的噪声信号的带宽，FL1是低通滤波器一的截止频率，FL3是带通滤波器的上限截止频率，LO1是第一可变本振信号的频率。
然后噪声信号经过放大器二后在混频器二中与第二可变本振信号进行第二次混频，然后经过低通滤波器三，得到中心频率可调的噪声信号，噪声信号频谱示意图如图7所示。
经过低通滤波器三得到的噪声信号的中心频率：Fo＝LO2-FL3+BW/2；
其中，Fo是经过低通滤波器三得到的噪声信号的中心频率，LO2是第二可变本振信号的频率。
最后通过开关二选择输出中心频率和带宽任意可调的噪声信号。
在本发明的方法中，通过控制第一可变本振的信号频率来实现噪声信号的带宽任意可调，通过控制第二可变本振的信号频率来实现噪声信号的中心频率任意可调，且通过开关二实现全频段噪声信号的输出。关于第一可变本振和第二可变本振的信号频率计算可以通过公式(1)和公式(2)得到：
LO1＝FL1+FL3-BW (1)
LO2＝FL3-BW/2+Fo (2)
式中，FL1是低通滤波器一的截止频率，FL3是带通滤波器的上限截止频率，BW是设置的任意噪声信号带宽，Fo是噪声信号的中心频率。
在进行整体方案设计时，需要统一进行设计选择FL1、FL2、FL3、FL4以及带通滤波器的带宽，其中FL1、FL2确定了全频段噪声输出的频率范围，FL4确定了可调噪声信号输出的频率范围，FL3则要和两路可变本振信号的频率范围综合考虑，固定带通滤波器带宽确定了可调噪声的最大带宽，从而满足不同频率和最大带宽的设计指标要求。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置，其特征在于，包括依次连接的放大器一、低通滤波器一和开关一，所述开关一输出两路信号，一路信号经可调衰减器和低通滤波器二，再连接开关二的第一路输入，经过开关二输出，所述开关二为单刀双掷开关；另一路信号经混频器一、带通滤波器、放大器二、混频器二和低通滤波器三，再连接开关二的第二路输入，经过开关二输出，所述混频器一与第一可变本振连接，所述混频器二与第二可变本振连接。
2.根据权利要求1所述的一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生装置，其特征在于，所述低通滤波器一、低通滤波器二、带通滤波器和低通滤波器三的滤波频率范围均为固定值。
3.一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生方法，其特征在于，包括如下过程：
首先，超高带宽噪声信号经过放大器一后通过低通滤波器一，然后通过开关一，第一路信号经可调衰减器和低通滤波器二，再经过开关二选择输出，实现噪声信号的全频段输出；第二路信号经过混频器一与第一可变本振信号进行第一次混频后输出，经过带通滤波器滤波后得到带宽可调的噪声信号，然后噪声信号经过放大器二后在混频器二中与第二可变本振信号进行第二次混频，然后经过低通滤波器三，得到中心频率可调的噪声信号，最后通过开关二选择输出中心频率和带宽任意可调的噪声信号。
4.根据权利要求3所述的一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生方法，其特征在于，经过带通滤波器滤波后得到的噪声信号的带宽：BW=FL3+FL1-LO1，其中，BW是经过带通滤波器滤波后得到的噪声信号的带宽，FL1是低通滤波器一的截止频率，FL3是带通滤波器的上限截止频率，LO1是第一可变本振信号的频率。
5.根据权利要求4所述的一种中心频率与带宽可调的噪声信号发生方法，其特征在于，经过低通滤波器三得到的噪声信号的中心频率：Fo=LO2-FL3+BW/2，其中，Fo是经过低通滤波器三得到的噪声信号的中心频率，LO2是第二可变本振信号的频率。
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