CN209201057U

CN209201057U - 宽带捷变频信号源模块

Info

Publication number: CN209201057U
Application number: CN201822193760.5U
Authority: CN
Inventors: 莫世波; 李世浩; 聂飞; 罗曦
Original assignee: Sky Chengdu Observation And Control Technology Difficult To Understand Co Ltd
Current assignee: Sky Chengdu Observation And Control Technology Difficult To Understand Co Ltd
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-08-02
Anticipated expiration: 2028-12-25

Abstract

本实用新型公开了一种宽带捷变频信号源模块，包括：数字基带模块、频综模块和上变频模块；所述数字基带模块和频综模块相连接并集成为基带频综模块；所述基带频综模块和上变频模块安装在PXI背板上，并通过PXI背板上的PXI总线进行通信。本实用新型的宽带捷变频信号源模块体积小、重量轻、成本低，可与其他多种模块化测量仪器安装于同一个PXI机箱内，轻松搭建一套多功能测试系统，大大节约了空间和成本。

Description

宽带捷变频信号源模块

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，尤其是一种宽带捷变频信号源模块。

背景技术

传统的捷变频信号源，如近几年国外陆续推出基于LXI或PXIE总线的宽带捷变频信号源，均为台式设备，但产品体积相对较大重量重，满足不了外场测试便携和测试系统小型化的需求，且价格昂贵。因此，市面上的捷变频信号源大部分属于商业级产品，只适合实验室环境使用，不能适用于恶劣外场环境，在使用场所和环境适应性上具有局限性。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对传统的捷变频信号源在使用场所和环境适应性上具有局限性的问题，提供一种宽带捷变频信号源模块。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种宽带捷变频信号源模块，包括：数字基带模块、频综模块和上变频模块；所述数字基带模块和频综模块相连接并集成为基带频综模块；所述基带频综模块和上变频模块安装在PXI背板上，并通过PXI背板上的PXI总线进行通信。

优选地，所述PXI背板上设置有系统控制器；所述系统控制器通过PXI背板上的PXI总线与基带频综模块和上变频模块进行通信。

优选地，所述频综模块，包括：依次连接的外部信号输入端、锁相主电路和锁相分电路；所述锁相分电路，包括：连接至数字基带模块的第一锁相分电路，以及连接至上变频模块的第二锁相分电路和第三锁相分电路；所述锁相主电路还连接至外部信号输出端。

优选地，所述锁相主电路，包括依次连接的锁相芯片、低频滤波器LF0、恒温晶体振荡器和信号四分配器；所述锁相芯片连接外部信号输入端；所述信号四分配器同时连接第一锁相分电路、第二锁相分电路、第三锁相分电路和外部信号输出端。

优选地，所述第一锁相分电路，包括：依次连接的鉴相器一、低频滤波器LF1和压控振荡器VCO1；所述压控振荡器VCO1连接至数字基带模块的DDS芯片，同时通过一个二分频器连接鉴相器一；

所述第二锁相分电路，包括：依次连接的鉴相器二、低频滤波器LF2、压控振荡器VCO2、滤波器和放大器一；所述放大器一连接上变频模块的主路混频器；所述压控振荡器VCO2还通过一个四分频器连接鉴相器二；

所述第三锁相分电路，包括：依次连接的鉴相器三、低频滤波器LF3和压控振荡器VCO3；所述压控振荡器VCO3连接至上变频模块的切换开关SPDT3，同时通过一个四分频器连接鉴相器三。

优选地，所述数字基带模块，包括依次连接的第一现场可编程门阵列FPGA1、DDS芯片和第一带通滤波器BPF10；所述第一现场可编程门阵列FPGA1通过PXI背板上的PXI总线连接至系统控制器，所述DDS芯片连接至频综模块的第一锁相分电路；所述第一带通滤波器连接至上变频模块。

优选地，所述上变频模块，包括：相连接的第二现场可编程门阵列FPGA2和射频信号调理电路；所述第二现场可编程门阵列FPGA2通过PXI背板上的PXI总线连接至系统控制器；所述射频信号调理条路，包括：信号输入电路，第一变频通道、第二变频通道和信号输出电路；所述第一变频通道和第二变频通道的输入端连接至信号输入电路，输出端连接至信号输出电路；所述信号输入电路同时连接数字基带模块和频综模块的第二锁相分电路；所述第一变频通道和第二变频通道均连接频综模块的第三锁相分电路。

优选地，所述信号输入电路，包括依次连接的第二带通滤波器BPF20、主路混频器和切换开关SP4T；所述第二带通滤波器BPF20连接至数字基带模块的第一带通滤波器BPF10；所述主路混频器连接频综模块的第二锁相分电路的放大器一；所述切换开关SP4T同时连接第一变频通道和第二变频通道。

优选地，所述第一变频通道，包括依次连接的切换开关SPDT1、放大衰减器一、混频器一和低通滤波器LPF0，以及同时连接在切换开关SP4T和切换开关SPDT1的第一薄膜滤波器BPF1和第二薄膜滤波器BPF2；所述第二变频通道，包括依次连接的切换开关SPDT1、放大衰减器二、混频器二和带通滤波器BPF0，以及同时连接在切换开关SP4T和切换开关SPDT2的第三薄膜滤波器BPF3和第四薄膜滤波器BPF4；所述混频器一和混频器二还通过切换开关SPDT3连接至频综模块的第三锁相分电路。

优选地，所述信号输出电路，包括依次连接的切换开关SPDT、放大器二和可变衰减器；所述切换开关SPDT同时连接低通滤波器LPF0和带通滤波器BPF0。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的宽带捷变频信号源模块体积小、重量轻、成本低，可与其他多种模块化测量仪器安装于同一个PXI机箱内，轻松搭建一套多功能测试系统，大大节约了空间和成本，适用于室内科研生产调试和外场维修保障测试。尤其是对研制产品的自动校准计量，可大大提高效率，降低人力成本。

2、本实用新型的宽带捷变频信号源模块按照工业级产品设计，可靠性高，具有很好的环境适应性，价格不到传统商业测量仪器的一半，具有较高的市场价值。

3、本实用新型的宽带捷变频信号源模块综合数字调制信号产生、宽带信号调理和低相噪频率合成等关键技术实现多种调制信号输出，可作为多种通信设备的模拟器。

4、本实用新型的宽带捷变频信号源模块操作简单，且具有良好的可扩展性。用户根据测试需求，可自行编辑波形数据加载注入数字基带模块，产生用户需要的目标信号。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型的宽带捷变频信号源模块应用PXI机箱安装示意图。

图2是本实用新型的宽带捷变频信号源模块结构示意图。

图3是本实用新型的宽带捷变频信号源模块原理框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供的一种宽带捷变频信号源模块，如图1所示，包括：数字基带模块、频综模块和上变频模块；所述数字基带模块和频综模块相连接并集成为基带频综模块；所述基带频综模块和上变频模块安装在PXI背板上，并通过PXI背板上的PXI总线进行通信。具体采用3U高、160mm深的标准PXI机箱；所述数字基带模块和频综模块相连接并集成为占用PXI机箱的一槽空间的一体化的基带频综模块；上变频模块集成为占用PXI机箱的两槽空间的一体化模块。在PXI机箱上配置通用PXI零槽控制器作为系统控制器，如图2所示，通过PXI总线与基带频综模块和上变频模块进行通信，从而对基带频综模块和上变频模块的工作参数进行控制。具体地，数字基带模块当接收到控制指令后，数字基带的第一现场可编程门阵列FPGA1完成对控制指令的解析，形成工作参数；并对DDS芯片的各寄存器进行配置，实现各种调制信号的产生，同时控制频综模块锁相电路中各个锁相芯片的寄存器的参数设定并锁定上变频模块需要的本振频点；同时，系统控制器通过PXI总线对上变频模块发送控制指令，上变频模块中的第二现场可编程门阵列FPGA2对控制指令进行解析，形成工作参数，控制上变频信道中的各开关、衰减器，实现射频信号调理。为了便于使用，还通过PXI机箱连接有显示器，使显示器与系统控制器进行通信，用于人机交互显示。

以下参见如图3所示的宽带捷变频信号源模块原理框图，对数字基带模块、频综模块和上变频模块的具体工作原理进行说明：

(1)所述频综模块，包括：依次连接的外部信号输入端、锁相主电路和锁相分电路；所述锁相分电路，包括：连接至数字基带模块的第一锁相分电路，以及连接至上变频模块的第二锁相分电路和第三锁相分电路；所述锁相主电路还连接至外部信号输出端。具体地，

所述外部信号输入端用于接收外部100M输入信号，然后经过锁相主电路和锁相分电路为数字基带模块和上变频模块提供相应的时钟信号和本振信号。

所述锁相主电路，采用锁相芯片ADF4002、低频滤波器LF0、恒温晶体振荡器和信号四分配器组成，将接收的外部100M输入信号经过信号处理后，通过信号四分配器分成4路信号，分别输入第一锁相分电路、第二锁相分电路、第三锁相分电路和外部信号输出端。其中，所述第一锁相分电路，包括：依次连接的鉴相器一、低频滤波器LF1和压控振荡器VCO1；所述压控振荡器VCO1连接至数字基带模块的DDS芯片，同时通过一个二分频器连接鉴相器一；通过第一锁相分电路为数字基带模块的DDS芯片提供3.5G时钟信号。所述第二锁相分电路，包括：依次连接的鉴相器二、低频滤波器LF2、压控振荡器VCO2、滤波器和放大器一；所述放大器一连接上变频模块的主路混频器；所述压控振荡器VCO2还通过一个四分频器连接鉴相器二；通过第二锁相分电路为上变频模块的信号输入电路的提供5GHz～10GHz的本振信号。所述第三锁相分电路，包括：依次连接的鉴相器三、低频滤波器LF3和压控振荡器VCO3；所述压控振荡器VCO3连接至上变频模块的切换开关SPDT3，同时通过一个四分频器连接鉴相器三。通过切换开关SPDT3分别为第一变频通道提供11.58GHz～20.4GHz的第一本振信号，为第二变频通道提供10GHz～19.9GHz的第二本振信号。其中，压控振荡器VCO1采用CRO3500C-LF；压控振荡器VCO2采用HMC587LC4；压控振荡器VCO3采用HMC733LC4B。鉴相器一、鉴相器二何鉴相器三均采用HMC704。频综模块采用多环锁相和取样锁相技术产生低相噪低杂散本振信号，为上变频模块提供低本振，相噪低至-125dBc/Hz@10kHz，杂散抑制优于-75dBc，即模块最终射频输出信号相噪优于-120dBc/Hz@10kHz，杂散抑制优于-70dBc。

(2)所述数字基带模块，包括依次连接的第一现场可编程门阵列FPGA1、DDS芯片AD9914和第一带通滤波器BPF10；所述第一现场可编程门阵列FPGA1通过PXI背板上的PXI总线连接至系统控制器，所述DDS芯片连接至频综模块的第一锁相分电路；所述第一带通滤波器连接至上变频模块的第二带通滤波器BPF20。具体地，所述DDS芯片AD9914通过将第一现场可编程门阵列FPGA1产生的FM，AM，PULSE，DS，ASK、MSK、FSK、PSK、QAM和GMSK等调制信号进行直接式数字频率合成后输入至上变频模块进行信号调理，输入至上变频模块的调制信号的频率范围在1180MHz-1400MHz。通过引入频率直接合成技术实现本振频率捷变，窄频率范围(低于100MHz)频率切换时间不超过10μs，款频率范围(大于1000MHz)频率切换时间不超过30μs，即宽带捷变频信号源模块最终射频连续扫频输出频率切换时间不超过10μs，频率捷变(不规则跳频)输出频率切换时间不超过30μs。可替代通信设备科研生产过程中传统的台式宽带信号源,频率切换时间短，可用于电子对抗及跳频通信等特殊领域。

(3)所述上变频模块，包括：相连接的第二现场可编程门阵列FPGA2和射频信号调理电路；所述第二现场可编程门阵列FPGA2通过PXI背板上的PXI总线连接至系统控制器；所述射频信号调理条路，包括：信号输入电路，第一变频通道、第二变频通道和信号输出电路；所述第一变频通道和第二变频通道的输入端连接至信号输入电路，输出端连接至信号输出电路；所述信号输入电路同时连接数字基带模块和频综模块的第二锁相分电路；所述第一变频通道和第二变频通道均连接频综模块的第三锁相分电路。具体地，

信号输入电路，包括依次连接的第二带通滤波器BPF20、主路混频器和切换开关SP4T；所述第二带通滤波器BPF20连接至数字基带模块的第一带通滤波器BPF10；所述主路混频器连接频综模块的第二锁相分电路的放大器一；所述切换开关SP4T同时连接第一变频通道和第二变频通道。所述主路混频器将接收的1180MHz-1400MHz的调制信号与第二锁相分电路提供的5GHz～10GHz的本振信号进行合成，然后通过切换开关SP4T分为4路信号，其中2路输入至第一变频通道，2路输入至第二变频通道。

所述第一变频通道，包括依次连接的切换开关SPDT1、放大衰减器一、混频器一和低通滤波器LPF0，以及同时连接在切换开关SP4T和切换开关SPDT1的第一薄膜滤波器BPF1和第二薄膜滤波器BPF2；所述第二变频通道，包括依次连接的切换开关SPDT1、放大衰减器二、混频器二和带通滤波器BPF0，以及同时连接在切换开关SP4T和切换开关SPDT2的第三薄膜滤波器BPF3和第四薄膜滤波器BPF4；所述混频器一和混频器二还通过切换开关SPDT3连接至频综模块的第三锁相分电路。2路输入至第一变频通道的射频信号分别通过第一薄膜滤波器BPF1和第二薄膜滤波器BPF2滤波，再通过切换开关SPDT1合成后经过放大衰减器一输入至混频器一进行混合后，再通过低通滤波器LPF0得到频率范围为150KHz～9GHz的射频信号，并输入至切换开关SPDT。2路输入至第二变频通道的射频信号分别通过第三薄膜滤波器BPF3和第四薄膜滤波器BPF4滤波，再通过切换开关SPDT2合成后经过放大衰减器二输入至混频器二进行混合后，再通过带通滤波器BPF0得到频率范围为9G～18GHz的射频信号，并输入至切换开关SPDT。

所述信号输出电路，包括依次连接的切换开关SPDT、放大器二和可变衰减器AV81516；所述切换开关SPDT同时连接低通滤波器LPF0和带通滤波器BPF0。

上变频模块对射频信号采用了分段处理、线性补偿以及温度补偿。(1)分段处理，将频率分段分为150KHz～9GHz和9GHz～18GHz两段变频及调理，通过开关切换SPDT实现频段交替，最后经过可变衰减器输出150KHz-18GHz频段的信号。(2)线性补偿，根据通道的幅频响应负斜率补偿，设计中引入了放大衰减器，使得整个上变频通道各频段的净增益波动在4dB以内；(3)温度补偿是因为硬件电路在高低温下的增益特性会发生变化，为了将这种变化降到最小所做的补偿，因此设计中引入了温度补偿电路，温度补偿电路的温度特性和射频通道(第一变频通道和第二变频通道)的温度特性相反，即高温下增益增加低温下增益降低，刚好弥补了射频通道高温增益降低低温增益变高的问题，经过温度补偿后使得射频通道在-40℃～55℃温度范围的增益变化小于3dB。

宽带捷变频信号源模块作为测试测量仪器，输出信号电平ATT范围动态大，为-120dBm～15dBm，接近台式仪器的水平，在如此小的体积内实现-120dBm的小信号输出，对电路布局和工艺设计要求相当高。模块设计时对信号流向以及各功能电路的隔离考虑尤为重要，同时宽带大动态程控衰减器设计也是重中之重，因此模块内对每个功能电路采用独立分腔且每个屏蔽腔内喷涂吸波材料避免互相干扰，宽带大动态程控衰减器采用宽带衰减片实现，其衰减量可达127dB,损耗小于5dB，以实现宽频带大动态输出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种宽带捷变频信号源模块，其特征在于，包括：数字基带模块、频综模块和上变频模块；所述数字基带模块和频综模块相连接并集成为基带频综模块；所述基带频综模块和上变频模块安装在PXI背板上，并通过PXI背板上的PXI总线进行通信。

2.如权利要求1所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，所述PXI背板上设置有系统控制器；所述系统控制器通过PXI背板上的PXI总线与基带频综模块和上变频模块进行通信。

3.如权利要求2所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，所述频综模块，包括：依次连接的外部信号输入端、锁相主电路和锁相分电路；所述锁相分电路，包括：连接至数字基带模块的第一锁相分电路，以及连接至上变频模块的第二锁相分电路和第三锁相分电路；所述锁相主电路还连接至外部信号输出端。

4.如权利要求3所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，所述锁相主电路，包括依次连接的锁相芯片、低频滤波器LF0、恒温晶体振荡器和信号四分配器；所述锁相芯片连接外部信号输入端；所述信号四分配器同时连接第一锁相分电路、第二锁相分电路、第三锁相分电路和外部信号输出端。

5.如权利要求4所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，

所述第一锁相分电路，包括：依次连接的鉴相器一、低频滤波器LF1和压控振荡器VCO1；所述压控振荡器VCO1连接至数字基带模块的DDS芯片，同时通过一个二分频器连接鉴相器一；

6.如权利要求3所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，所述数字基带模块，包括依次连接的第一现场可编程门阵列FPGA1、DDS芯片和第一带通滤波器BPF10；所述第一现场可编程门阵列FPGA1通过PXI背板上的PXI总线连接至系统控制器，所述DDS芯片连接至频综模块的第一锁相分电路；所述第一带通滤波器连接至上变频模块。

7.如权利要求3所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，所述上变频模块，包括：相连接的第二现场可编程门阵列FPGA2和射频信号调理电路；所述第二现场可编程门阵列FPGA2通过PXI背板上的PXI总线连接至系统控制器；所述射频信号调理条路，包括：信号输入电路，第一变频通道、第二变频通道和信号输出电路；所述第一变频通道和第二变频通道的输入端连接至信号输入电路，输出端连接至信号输出电路；所述信号输入电路同时连接数字基带模块和频综模块的第二锁相分电路；所述第一变频通道和第二变频通道均连接频综模块的第三锁相分电路。

8.如权利要求7所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，所述信号输入电路，包括依次连接的第二带通滤波器BPF20、主路混频器和切换开关SP4T；所述第二带通滤波器BPF20连接至数字基带模块的第一带通滤波器BPF10；所述主路混频器连接频综模块的第二锁相分电路的放大器一；所述切换开关SP4T同时连接第一变频通道和第二变频通道。

9.如权利要求7所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，所述第一变频通道，包括依次连接的切换开关SPDT1、放大衰减器一、混频器一和低通滤波器LPF0，以及同时连接在切换开关SP4T和切换开关SPDT1的第一薄膜滤波器BPF1和第二薄膜滤波器BPF2；所述第二变频通道，包括依次连接的切换开关SPDT1、放大衰减器二、混频器二和带通滤波器BPF0，以及同时连接在切换开关SP4T和切换开关SPDT2的第三薄膜滤波器BPF3和第四薄膜滤波器BPF4；所述混频器一和混频器二还通过切换开关SPDT3连接至频综模块的第三锁相分电路。

10.如权利要求7所述的宽带捷变频信号源模块，其特征在于，所述信号输出电路，包括依次连接的切换开关SPDT、放大器二和可变衰减器；所述切换开关SPDT同时连接低通滤波器LPF0和带通滤波器BPF0。