CN113009438A - 一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，它包括发射型射频注入式模拟器，其包括全数字模拟信号产生单元、中频选频单元、第一次变频及信号调理单元、第二次变频单元和宽带射频模拟信号调理单元、第一数字衰减器和第二数字衰减器。本发明通过引入全数字DDS模拟器，增加了模拟目标输出信号的灵活性，经过变频将模拟信号频谱搬移至射频宽带输出，引入数字式步进可变衰减器（DSA），极大的扩展了模拟器输出信号动态范围，使其能够适应不同场景下的雷达模拟需求。机箱内置主控计算机、PCI板卡、全数字模拟器板卡等，通过CPCI总线与机箱内板卡进行高速通信，能够方便的通过可视化界面设置不同雷达模拟场景以及需要模拟的参数等。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器。
背景技术
随着现代电子技术的不断发展，雷达的性能也在不断提高，各种新体制雷达、宽带多功能雷达层出不穷；在雷达研制过程中，需要通过多次实验来检测雷达的性能，传统的方式是使用飞行器来做场外实验，提供雷达的测试数据，这样浪费了大量的人力、财力等，并且不利于雷达的快速研制；因此，如何通过一种装置来对雷达性能进行检测，并满足雷达研制生产过程中各种环境下的模拟测试、性能评估和算法验证，是现阶段需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，解决了传统方式使用飞行器做场外实验来测试雷达数据存在的不足。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，它包括发射型射频注入式模拟器，所述发射型射频注入式模拟器包括全数字模拟信号产生单元、中频选频单元、第一次变频及信号调理单元、第二次变频单元和宽带射频模拟信号调理单元、第一数字衰减器和第二数字衰减器；
所述全数字模拟信号产生单元用于根据主控计算机下发的模拟参数指令对参数进行配置，并输出中频模拟信号到所述中频选频单元；
所述中频选频单元用于选择对应的中频输出频率，并根据不同中频带通滤波器选择输出经过放大处理后的中频模拟信号到所述第一次变频及信号调理单元；
所述第一次变频及信号调理单元用于对输入的中频模拟信号的功率和驻波进行调整优化后依次进行频谱搬移、温度补偿、杂散信号滤除处理，并通过所述第一数字衰减器进行信号功率大小调整后输入到所述第二次变频单元；
所述第二次变频单元用于对调整后的信号依次进行放大和频谱搬移后输出宽带变频射频信号，并通过所述第二数字衰减器进行信号功率大小调整后输入到所述宽带射频模拟信号调理单元；
所述宽带射频模拟信号调理单元用于对输入的宽带变频射频信号依次进行功率不一致性补偿、放大、频率选择后输出对谐波具有抑制度的模拟射频信号。
所述发射型射频注入式模拟器还包括时钟及本振信号产生单元；所述时钟及本振信号产生单元用于产生两路本振信号分别输入到所述第一次变频及信号调理单元和所述第二次变频单元。
所述全数字模拟信号产生单元包括FPGA参数解算模块、全数字DDS和第一固定衰减器；所述FPGA参数解算模块、全数字DDS和第一固定衰减器依次连接，用于根据主控计算机下发的模拟参数指令对全数字DDS进行相应频率、幅度和相位参数的配置后输出中频模拟信号，并通过第一固定衰减器对全数字DDS输出功率进行调整。
所述中频选频单元包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、第一带通滤波器、第二带通滤波器和第一中频放大器；所述第一单刀双掷开关的输出端分别连接第一带通滤波器和第二带通滤波器的输入端，第一带通滤波器和第二带通滤波器的输出端连接第二单刀双掷开关的输入端，第二单刀双掷开关的输出端连接第一中频放大器；
第一单刀双掷开关根据不同频率选择连接第一带通滤波器或者第二带通滤波器，然后经过第二单刀双掷开关完成中频频率选择输出后通过第一中频放大器进行放大处理。
所述第一次变频及信号调理单元包括第二固定衰减器、第一混频器、温度补偿衰减器、变频滤波器和第一本振固定衰减器；所述第二固定衰减器、第一混频器、温度补偿衰减器和变频滤波器依次连接，第二固定衰减器对输入的中频模拟信号的功率和驻波指标进行调整和优化后通过第一混频器对中频模拟信号进行频谱搬移，然后输出第一次变频后的射频信号经过温度补偿衰减器进行增益补偿后进入到变频滤波器进行杂散信号的滤波；所述第一本振固定衰减器与所述第一混频器连接。
第二次变频单元包括第二中频放大器、第二混频器和第二本振固定衰减器；所述第一数字衰减器、第二中频放大器和第二混频器依次连接，通过第一数字衰减器对功率大小进行调整后的第一次变频后的信号进入到第二中频放大器进行信号放大，然后通过第二混频器将信号输出频率搬移到需要的射频宽带频率后输出；所述第二本振固定衰减器与所述第二混频器连接。
所述宽带射频模拟信号调理单元包括均衡器、第一射频放大器、第三单刀双掷开关、第四单刀双掷开关、第一射频带通滤波器、第二射频带通滤波器和第二射频放大器；所述第二数字衰减器、均衡器、第一射频放大器和第三单刀双掷开关依次连接，实现经过第二数字衰减器扩展后的射频信号通过均衡器完成对射频宽带频率上功率不一致性的补偿后进行进入第一射频放大器放大；第三单刀双掷开关分别连接第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器的输入端，第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器的输出端与第四单刀双掷开关连接，第四单刀双掷开关与第二射频放大器连接；通过两级单刀双掷开关配合第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器进行频率选择，输出对谐波具有抑制度的射频信号。
所述时钟及本振信号产生单元包括依次连接的第一锁相环、第二低通滤波器、第一功分器和第二功分器，所述第一锁相环的输入端分别连接恒温晶振和第一低通滤波器，第一低通滤波器接入参考时钟；所述第二功分器分成两路，每路依次连接锁相环、本振放大器和本振带通滤波器，输出两路本振信号分别输入到所述第一次变频及信号调理单元和第二次变频单元。
还包括交流-直流转换电源、EMI滤波器、计算机PCI板卡和模拟信号解算单元；所述交流-直流转换电源的输出端与所述EMI滤波器连接输入端，所述EMI滤波器的输出端与所述计算机PCI板卡的输入端连接，所述模拟信号解算单元与所述计算机PCI板卡和发射型射频注入式模拟器相互连接。
还包括主控计算机显示器、可折叠式键盘和接口单元；所述接口单元和主控计算机显示器与所述计算机PCI板卡相互连接，所述可折叠式键盘的输出端与所述计算机PCI板卡的输入端连接。
本发明具有以下优点：一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，通过引入全数字DDS模拟器，增加了模拟目标输出信号的灵活性，经过上变频将模拟信号频谱搬移至射频宽带输出，同时由于引入了数字式步进可变衰减器（DSA），极大的扩展了模拟器输出信号动态范围，使其能够适应不同场景下的雷达模拟需求。机箱内置主控计算机、PCI板卡、全数字模拟器板卡等，通过CPCI总线与机箱内板卡进行高速通信，且设计有可视化操作界面，增强了设备的可操作性和灵活性，能够方便的通过可视化界面设置不同雷达模拟场景以及需要模拟的参数等。
附图说明
图1 为本发明的原理示意图；
图2 为本发明发射型射频注入式模拟器的原理示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明涉及一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，它包括发射型射频注入式模拟器、交流-直流转换电源、EMI滤波器、计算机PCI板卡和模拟信号解算单元；所述交流-直流转换电源的输出端与所述EMI滤波器连接输入端，所述EMI滤波器的输出端与所述计算机PCI板卡的输入端连接，所述模拟信号解算单元与所述计算机PCI板卡和发射型射频注入式模拟器相互连接。
进一步地，还包括主控计算机显示器、可折叠式键盘和接口单元；所述接口单元和主控计算机显示器与所述计算机PCI板卡相互连接，所述可折叠式键盘的输出端与所述计算机PCI板卡的输入端连接；接口单元包括网络接口（WLAN）、高清多媒体接口（HDMI）以及可进行二次开发的下载接口，方便与测试设备的高速通信和后续功能扩展。。
本发明的工作原理为：交流电源通过国标交流三相电源线输入，然后交流电源通过AC-DC模块转换成+12V直流电源DC输出，直流电源经过电磁干扰（EMI）滤波器后给各个模块供电。通过计算机设置需要的模拟环境和模拟器参数，然后设置参数通过高速CPCI总线传递给信号处理单元，信号处理单元进行相应解算之后，将解算参数配置到全数字DDS模块，输出相应的模拟器信号。最后模拟器信号经过发射型射频注入式模拟器的多次上变频、放大、滤波以及衰减后输出相应的射频模拟信号。其中，机箱键盘采用可折叠式操作，使用时放下，不使用时可以折叠收回，增强了设备装置的可携带型和便捷性。
由于发射型射频注入式模拟器引入了数字式步进可变衰减器（DSA）功能，可以方便的通过计算机设置相应的模拟信号输出功率，极大的扩展了模拟的灵活性。整个设备装置能够模拟8~18GHz信号输出，输出信号动态范围优于60dB，能够同时对5个以上目标进行模拟。
进一步地，如图2所示，发射型射频注入式模拟器包括全数字模拟信号产生单元、中频选频单元、第一次变频及信号调理单元、第二次变频单元和宽带射频模拟信号调理单元、第一数字衰减器和第二数字衰减器；
所述全数字模拟信号产生单元用于根据主控计算机下发的模拟参数指令对参数进行配置，并输出中频模拟信号到所述中频选频单元；
所述中频选频单元用于选择对应的中频输出频率，并根据不同中频带通滤波器选择输出经过放大处理后的中频模拟信号到所述第一次变频及信号调理单元；
所述第一次变频及信号调理单元用于对输入的中频模拟信号的功率和驻波进行调整优化后依次进行频谱搬移、温度补偿、杂散信号滤除处理，并通过所述第一数字衰减器进行信号功率大小调整后输入到所述第二次变频单元；
所述第二次变频单元用于对调整后的信号依次进行放大和频谱搬移后输出宽带变频射频信号，并通过所述第二数字衰减器进行信号功率大小调整后输入到所述宽带射频模拟信号调理单元；
所述宽带射频模拟信号调理单元用于对输入的宽带变频射频信号依次进行功率不一致性补偿、放大、频率选择后输出对谐波具有抑制度的模拟射频信号。
进一步地，全数字模拟信号产生单元包括FPGA参数解算模块、全数字DDS和第一固定衰减器；所述FPGA参数解算模块、全数字DDS和第一固定衰减器依次连接，用于根据主控计算机下发的模拟参数指令对全数字DDS进行相应频率、幅度和相位参数的配置后输出中频模拟信号，并通过第一固定衰减器对全数字DDS输出功率进行调整。
进一步地，中频选频单元包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、第一带通滤波器（90MHz带通滤波器）、第二带通滤波器（120MHz带通滤波器）和第一中频放大器；所述第一单刀双掷开关的输出端分别连接第一带通滤波器和第二带通滤波器的输入端，第一带通滤波器和第二带通滤波器的输出端连接第二单刀双掷开关的输入端，第二单刀双掷开关的输出端连接第一中频放大器；
经过第一单刀双掷开关选通对应中频输出频率，中频输出频率根据频率不同经过不同带通滤波器（90MHz/120MHz），然后经过第二单刀双掷开关最终完成中频频率选择输出，经过选频输出后的中频模拟信号再经过第一中频放大器对中频进行放大处理。
进一步地，第一次变频及信号调理单元包括第二固定衰减器、第一混频器、温度补偿衰减器、变频滤波器和第一本振固定衰减器；所述第二固定衰减器、第一混频器、温度补偿衰减器和变频滤波器依次连接；
放大后的中频模拟信号进入第二固定衰减器后，对功率和驻波等指标进行调整和优化，信号进入第一混频器，第一混频器对中频模拟信号进行一个相应的频谱搬移，然后输出第一次变频后的射频信号，将此信号称为第一次变频中频信号，在经过温度补偿衰减器后进入到变频滤波器，其中温度补偿衰减器的主要作用是完成高低温下链路增益补偿，保证一致性，变频滤波器主要完成对第一次变频中频信号的杂散信号滤除，保证信号频谱的纯度；经过变频滤波器处理提纯后的第一次变频中频信号进入第一数字衰减器（数字式步进可变衰减器），此期间的作用主要是完成对信号链路上的信号功率大小进行调整，达到调整最终输出信号功率幅度的作用，以此来扩展输出信号动态范围。其中，频谱搬移指进行频率变换，即将中频频率变换到射频或者将射频频率变换到中频。此处指将中频频率90MHz和120MHz进行频率变换到射频C波段。
进一步地，第二次变频单元包括第二中频放大器、第二混频器和第二本振固定衰减器；所述第一数字衰减器、第二中频放大器和第二混频器依次连接，通过第一数字衰减器对功率大小进行调整后的第一次变频后的信号进入到第二中频放大器进行信号放大，然后通过第二混频器将信号输出频率搬移到需要的射频宽带频率后输出，此信号称为宽带变频射频信号，宽带变频射频信号经过第二数字衰减器（数字式步进可变衰减器）对射频信号动态范围进行调整以扩展输出信号的动态范围；所述第二本振固定衰减器与所述第二混频器连接。
进一步地，宽带射频模拟信号调理单元包括均衡器、第一射频放大器、第三单刀双掷开关、第四单刀双掷开关、第一射频带通滤波器、第二射频带通滤波器和第二射频放大器；所述第二数字衰减器、均衡器、第一射频放大器和第三单刀双掷开关依次连接；第三单刀双掷开关分别连接第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器的输入端，第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器的输出端与第四单刀双掷开关连接，第四单刀双掷开关与第二射频放大器连接；
扩展后的射频信号首先经过均衡器完成对射频宽带频率上功率不一致性的补偿，使其输出的信号在整个宽带范围内保持一致性；补偿后的宽带变频射频信号进入第一射频放大器后再经过两级单刀双掷开关，通过两级单刀双掷开关配合第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器进行频率选择，输出对谐波具有抑制度的射频信号，此处的单刀双掷开关和射频带通滤波器主要是为了完成对射频信号谐波的抑制；因为本发明的宽带输出为8~18GHz，跨越倍频程，因此，必须考虑对谐波的抑制处理，滤除谐波后的宽带变频射频信号通过第二射频放大器后，最终输出需要的宽带变频射频信号和具有一定动态范围的信号功率。
进一步地，发射型射频注入式模拟器还包括时钟及本振信号产生单元；所述时钟及本振信号产生单元用于产生两路本振信号分别输入到所述第一次变频及信号调理单元和所述第二次变频单元。
其中，时钟及本振信号产生单元包括依次连接的第一锁相环、第二低通滤波器、第一功分器和第二功分器，所述第一锁相环的输入端分别连接恒温晶振和第一低通滤波器，第一低通滤波器接入参考时钟；所述第二功分器分成两路，每路依次连接锁相环、本振放大器和本振带通滤波器，输出两路本振信号分别输入到所述第一次变频及信号调理单元和第二次变频单元。
恒温晶振上电就能输出相应的高稳、高相位噪声的内参考时钟信号，内参考时钟信号首先通过第一锁相环后，经过第二低通滤波器滤除相应的滤波成分，然后经过第一功分器之后信号分成两路输出；一路输出信号为时钟信号输出，作为模拟信号结算单元等模块的参考时钟，如此保证整个系统为全相参系统，第一功分器分出来的另外一路信号经过第二功分器后再次分成两路信号输出，两路信号分别作为第二锁相环和第三锁相环的参考时钟信号输入，第三锁相环根据FPGA单元控制指令输出相应的第一本振信号，第一本振信号分别经过第一本振放大器和第一本振带通滤波器后，对信号进行放大和滤波处理，再输入到第一本振固定衰减器，最终信号输入到第一混频器的本振端口，配合第一混频器进行频谱搬移；第三锁相环根据FPGA单元控制指令输出相应的第二本振信号，第二本振信号分别经过第二本振放大器和第二本振带通滤波器对信号进行放大和滤波处理后，进入第二本振固定衰减器，最终信号进入第二混频器的本振端口，配合第二混频器进行频谱搬移；参考时钟输入信号根据计算机指令自动切换内外参考，内参考为恒温晶振输出信号。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：它包括发射型射频注入式模拟器，所述发射型射频注入式模拟器包括全数字模拟信号产生单元、中频选频单元、第一次变频及信号调理单元、第二次变频单元和宽带射频模拟信号调理单元、第一数字衰减器和第二数字衰减器；
所述全数字模拟信号产生单元用于根据主控计算机下发的模拟参数指令对参数进行配置，并输出中频模拟信号到所述中频选频单元；
所述中频选频单元用于选择对应的中频输出频率，并根据不同中频带通滤波器选择输出经过放大处理后的中频模拟信号到所述第一次变频及信号调理单元；
所述第一次变频及信号调理单元用于对输入的中频模拟信号的功率和驻波进行调整优化后依次进行频谱搬移、温度补偿、杂散信号滤除处理，并通过所述第一数字衰减器进行信号功率大小调整后输入到所述第二次变频单元；
所述第二次变频单元用于对调整后的信号依次进行放大和频谱搬移后输出宽带变频射频信号，并通过所述第二数字衰减器进行信号功率大小调整后输入到所述宽带射频模拟信号调理单元；
所述宽带射频模拟信号调理单元用于对输入的宽带变频射频信号依次进行功率不一致性补偿、放大、频率选择后输出对谐波具有抑制度的模拟射频信号。
2.根据权利要求1所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：所述发射型射频注入式模拟器还包括时钟及本振信号产生单元；所述时钟及本振信号产生单元用于产生两路本振信号分别输入到所述第一次变频及信号调理单元和所述第二次变频单元。
3.根据权利要求2所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：所述全数字模拟信号产生单元包括FPGA参数解算模块、全数字DDS和第一固定衰减器；所述FPGA参数解算模块、全数字DDS和第一固定衰减器依次连接，用于根据主控计算机下发的模拟参数指令对全数字DDS进行相应频率、幅度和相位参数的配置后输出中频模拟信号，并通过第一固定衰减器对全数字DDS输出功率进行调整。
4.根据权利要求2所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：所述中频选频单元包括第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、第一带通滤波器、第二带通滤波器和第一中频放大器；所述第一单刀双掷开关的输出端分别连接第一带通滤波器和第二带通滤波器的输入端，第一带通滤波器和第二带通滤波器的输出端连接第二单刀双掷开关的输入端，第二单刀双掷开关的输出端连接第一中频放大器；
第一单刀双掷开关根据不同频率选择连接第一带通滤波器或者第二带通滤波器，然后经过第二单刀双掷开关完成中频频率选择输出后通过第一中频放大器进行放大处理。
5.根据权利要求2所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：所述第一次变频及信号调理单元包括第二固定衰减器、第一混频器、温度补偿衰减器、变频滤波器和第一本振固定衰减器；所述第二固定衰减器、第一混频器、温度补偿衰减器和变频滤波器依次连接，第二固定衰减器对输入的中频模拟信号的功率和驻波指标进行调整和优化后通过第一混频器对中频模拟信号进行频谱搬移，然后输出第一次变频后的射频信号经过温度补偿衰减器进行增益补偿后进入到变频滤波器进行杂散信号的滤波；所述第一本振固定衰减器与所述第一混频器连接。
6.根据权利要求2所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：第二次变频单元包括第二中频放大器、第二混频器和第二本振固定衰减器；所述第一数字衰减器、第二中频放大器和第二混频器依次连接，通过第一数字衰减器对功率大小进行调整后的第一次变频后的信号进入到第二中频放大器进行信号放大，然后通过第二混频器将信号输出频率搬移到需要的射频宽带频率后输出；所述第二本振固定衰减器与所述第二混频器连接。
7.根据权利要求2所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：所述宽带射频模拟信号调理单元包括均衡器、第一射频放大器、第三单刀双掷开关、第四单刀双掷开关、第一射频带通滤波器、第二射频带通滤波器和第二射频放大器；所述第二数字衰减器、均衡器、第一射频放大器和第三单刀双掷开关依次连接，实现经过第二数字衰减器扩展后的射频信号通过均衡器完成对射频宽带频率上功率不一致性的补偿后进行进入第一射频放大器放大；第三单刀双掷开关分别连接第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器的输入端，第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器的输出端与第四单刀双掷开关连接，第四单刀双掷开关与第二射频放大器连接；通过两级单刀双掷开关配合第一射频带通滤波器和第二射频带通滤波器进行频率选择，输出对谐波具有抑制度的射频信号。
8.根据权利要求2所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：所述时钟及本振信号产生单元包括依次连接的第一锁相环、第二低通滤波器、第一功分器和第二功分器，所述第一锁相环的输入端分别连接恒温晶振和第一低通滤波器，第一低通滤波器接入参考时钟；所述第二功分器分成两路，每路依次连接锁相环、本振放大器和本振带通滤波器，输出两路本振信号分别输入到所述第一次变频及信号调理单元和第二次变频单元。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：还包括交流-直流转换电源、EMI滤波器、计算机PCI板卡和模拟信号解算单元；所述交流-直流转换电源的输出端与所述EMI滤波器连接输入端，所述EMI滤波器的输出端与所述计算机PCI板卡的输入端连接，所述模拟信号解算单元与所述计算机PCI板卡和发射型射频注入式模拟器相互连接。
10.根据权利要求9所述的一种发射型射频注入式宽带多目标模拟器，其特征在于：还包括主控计算机显示器、可折叠式键盘和接口单元；所述接口单元和主控计算机显示器与所述计算机PCI板卡相互连接，所述可折叠式键盘的输出端与所述计算机PCI板卡的输入端连接。
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