CN220359155U - 一种基于软件无线电架构的短波射频模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于软件无线电架构的短波射频模块，包括FPGA芯片以及均与FPGA芯片信号连接的双通道模数转换器和IQ调制混合数字频率合成器，所述双通道模数转换器的输入端设有第一功分器，所述第一功分器的输出端同时连接有第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端均与双通道模数转换器相连接，所述第一功分器的输入端依次连接有低噪放、第三低通滤波器和短波射频模块，所述IQ调制混合数字频率合成器的输出端与短波射频模块之间连接有带通滤波器。本实用新型在实现高集成度的同时，又能规避传统的三种接收机构型带来的镜像频率干扰、本振泄露、直流偏置等问题，结构简洁，信号利用率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及短波通信技术领域，尤其涉及一种基于软件无线电架构的短波射频模块。
背景技术
短波通信是指在2MHz～30MHz频段范围内，通过电离层反射进行远距离通信的一种途径，是实现无中继全球通信的唯一手段，在无线通信领域具有不可替代的位置。短波通信被广泛运用于需要远距离覆盖的点对点，点对面传输应用领域，因其独特的远距离特性，在数据通信、石油勘探和远洋运输中具有极其重要的作用。
传统短波射频前端设计复杂，为了实现短波信号的接收和发送，传统手段需要分别独立设计接收和发射两套系统。对于传统短波接收系统，其设计构型经历了超外差式接收机、零中频式接收机和低中频式接收机这三种设计构型的演化，其中最早的超外差式接收机，具有镜像频率抑制困难的问题；零中频接收机通过将信号直接转换到基带，从而克服了镜像抑制问题，但是由于接收机的偶次非线性失真，导致了本振泄露、直流偏置和Flicker噪声的问题；低中频接收机尝试解决零中频接收机的直流偏置及Flicker噪声问题，但是其要求邻道干扰的抑制度相对于其他接收机构型相对较弱，因此需要对现有的短波射频模块进行结构优化。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足之处而提出一种基于软件无线电架构的短波射频模块，在实现高集成度的同时，又能规避传统的三种接收机构型带来的镜像频率干扰、本振泄露、直流偏置等问题，结构简洁，信号利用率高。
实现本实用新型目的技术方案是：
一种基于软件无线电架构的短波射频模块，包括FPGA芯片以及均与FPGA芯片信号连接的双通道模数转换器和IQ调制混合数字频率合成器，所述双通道模数转换器的输入端设有第一功分器，所述第一功分器的输出端同时连接有第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端均与双通道模数转换器相连接，所述第一功分器的输入端依次连接有低噪放、第三低通滤波器和短波射频模块，所述IQ调制混合数字频率合成器的输出端与短波射频模块之间连接有带通滤波器。
进一步地，还包括外部数据接口，所述外部数据接口与FPGA芯片电连接。
进一步地，还包括时钟高稳晶振，所述时钟高稳晶振的输出端连接有第二功分器，所述第二功分器的输出端与IQ调制混合数字频率合成器和双通道模数转换器均信号连接。
进一步地，所述FPGA芯片的型号为SMQ7K325TFFG900IP。
进一步地，所述双通道模数转换器为双通道16位高速模数转换器。
进一步地，所述短波射频模块包括短波射频发射模块和短波射频接收模块，所述短波射频发射模块与带通滤波器信号连接，所述短波射频接收模块与第三低通滤波器信号连接。
进一步地，所述IQ调制混合数字频率合成器包括I/O数据内插模块、数字本振和数字模拟转换器，所述I/O数据内插模块的输入端连接FPGA芯片，两个输出端均依次与数字本振和数字模拟转换器信号连接。
进一步地，所述IQ调制混合数字频率合成器还包括依次与I/O数据内插模块相连的参考时钟输入电路和时序控制模块。
采用了上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果：
(1)本实用新型采用直接数字采样的接收机构型，通过双通道模数转换器创新地使用了双路ADC直接采样，信号利用率高，接收性能优秀；采用FPGA芯片实现加载IQ调制算法，直接驱动IQ调制混合数字频率合成器，生成需要的短波射频信号；在实现高集成度的同时，又能规避传统的三种接收机构型带来的镜像频率干扰、本振泄露、直流偏置等问题，结构简洁，体积小，仅为传统短波发射系统和接收系统的1/4，可以实现小型化；同时FPGA芯片能够动态实时地加载调制解调算法，增强了适用范围，适应软件无线电的工作模式。
(2)本实用新型设有外部数据接口，方便连接外部设备和FPGA芯片，进行数据传送。
(3)本实用新型发射系统采用芯片级的射频信号生成方案，具备集成度高，与接收系统共用时钟，系统稳定性强的特点。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：
图1为本实用新型的系统架构结构框图；
图2为本实用新型数字信号解调示意图；
图3为本实用新型IQ调制混合数字频率合成架构结构框图。
附图中的标号为：
FPGA芯片1、双通道模数转换器2、IQ调制混合数字频率合成器3、I/O数据内插模块3-1、数字本振3-2、数字模拟转换器3-3、参考时钟输入电路3-4、时序控制模块3-5、第一功分器4、第一低通滤波器5、第二低通滤波器6、低噪放7、第三低通滤波器8、短波射频模块9、短波射频发射模块9-1、短波射频接收模块9-2、带通滤波器10、外部数据接口11、时钟高稳晶振12、第二功分器13。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
(实施例1)
如图1至图3所示的基于软件无线电架构的短波射频模块，包括FPGA芯片1以及均与FPGA芯片1信号连接的双通道模数转换器2和IQ调制混合数字频率合成器3，双通道模数转换器2的输入端设有第一功分器4，第一功分器4的输出端同时连接有第一低通滤波器5和第二低通滤波器6，第一低通滤波器5和第二低通滤波器6的输出端均与双通道模数转换器2相连接，第一功分器4的输入端依次连接有低噪放7、第三低通滤波器8和短波射频模块9，IQ调制混合数字频率合成器3的输出端与短波射频模块9之间连接有带通滤波器10。
短波射频模块9包括短波射频发射模块9-1和短波射频接收模块9-2，短波射频发射模块9-1与带通滤波器10信号连接，短波射频接收模块9-2与第三低通滤波器8信号连接。其中短波射频接收模块9-2、第三低通滤波器8、低噪放7、第一功分器4、第一低通滤波器5、第二低通滤波器6、双通道模数转换器2和FPGA芯片1形成接收系统，FPGA芯片1、IQ调制混合数字频率合成器3、带通滤波器10和短波射频发射模块9-1形成发射系统。
本实施例的FPGA芯片1的型号为SMQ7K325TFFG900IP，双通道模数转换器2为双通道16位高速模数转换器。为了方便连接外部设备，本实施例设有与FPGA芯片1电连接的外部数据接口11。
本实施例还设有时钟高稳晶振12，频率为400MHz，时钟高稳晶振12的输出端连接有第二功分器13，第二功分器13的两个输出端分别与IQ调制混合数字频率合成器3和双通道模数转换器2信号连接，从而同时为发送系统和接收系统提供始终信号，使得
IQ调制混合数字频率合成器3包括I/O数据内插模块3-1、数字本振3-2、数字模拟转换器3-3、参考时钟输入电路3-4和时序控制模块3-5，其中I/O数据内插模块3-1的输入端同时连接FPGA芯片1和时序控制模块3-5，两个输出端均依次与数字本振3-2和数字模拟转换器3-3信号连接，时序控制模块3-5的输入端接时钟输入电路3-4。
本实施例的短波射频信号接收功能的过程如下：
如图1所示，通过短波射频接收模块9-2，接收短波射频信号，传输至频率为30MHz的第三低通滤波器8；射频信号通过第三低通滤波器8，将非短波频段的高频信号滤除；射频信号经过低噪放7，提升信号幅度；放大后的射频信号，经过第一功分器4，平均分为两路频率、幅度、相位均相同的射频信号；两路均分的射频信号，分别通过频率为30MHz的第一低通滤波器5和第二低通滤波器6，滤除高频谐波分量；两路射频信号分别进入双通道模数转换器2，将模拟射频信号采样为数字信号；数字信号传输至FPGA芯片1，由FPGA芯片1进行后续数字信号处理；处理后得到的数据信号通过外部数据接口11，输出至外部设备，供用户使用。
本实施例的FPGA芯片1进行数字信号处理的过程如下：
如图2所示，FPGA芯片1内部通过算法，生成数字正交本振NCO(2MHz～30MHz)，两路采样后的数字射频信号，分别与数字本振源进行正交混频，使用FPGA芯片1进行数字下变频乘法运算，产生两路正交的数字信号基带信号，分别为I路基带信号和Q路基带信号；IQ两路基带数字信号，经过对应的数字滤波器后，使用FPGA芯片1进行数据抽取运算；IQ两路基带数字信号经过抽取后，形成IQ两路数据；FPGA芯片1使用IQ两路，运行解调算法，产生解调后数据信号。
本实施例的调制及短波射频信号发射过程如下：
如图1所示，FPGA芯片1通过外部数据接口11，获取用户数据；FPGA芯片1调用调制算法，将用户数据转换为IQ调制数据；FPGA芯片1将IQ调制数据传输至IQ调制混合数字频率合成器3，如图3所示，FPGA芯片1输出的IQ调制数据，进入IQ调制混合数字频率合成器3后，该IQ调制混合数字频率合成器3通过数据内插模块3-1，生成I路基带信号和Q路基带信号；IQ调制混合数字频率合成器3将IQ两路基带信号，与内部的数字本振3-2进行乘法运算，实现IQ两路基带信号的上变频，将IQ两路基带信号进行加法计算后，输出至内部数字模拟转换器3-3，即可得到短波射频信号；输出的射频信号经过频率为2MHz～30MHz的带通滤波器10，产生短波射频发射信号，后续根据用户需求可接入功放，天调等模块。
本实施例对比传统的短波射频系统，具有集成度高的优势，体积仅为传统短波发射系统和接收系统的1/4，可以实现小型化。接收系统采用射频直采方案，结合IQ解调算法，具备信号利用率高，接收性能优秀的特点。发射系统采用芯片级的射频信号生成方案，具备集成度高，与接收系统共用时钟，系统稳定性强的特点。通过外部数据接口11，将基带调制解调算法输入至FPGA芯片1；FPGA芯片1调用并载入调试、解调算法，对应的解调、调制过程，完成短波信号的接收、解调以及调制、发射功能，具备实时加载IQ调制解调算法的能力，适应软件无线电的工作架构，可以在同一套硬件平台运行多种不同的调制解调算法，扩展能力强。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于软件无线电架构的短波射频模块，其特征在于：包括FPGA芯片以及均与FPGA芯片信号连接的双通道模数转换器和IQ调制混合数字频率合成器，所述双通道模数转换器的输入端设有第一功分器，所述第一功分器的输出端同时连接有第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端均与双通道模数转换器相连接，所述第一功分器的输入端依次连接有低噪放、第三低通滤波器和短波射频模块，所述IQ调制混合数字频率合成器的输出端与短波射频模块之间连接有带通滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电架构的短波射频模块，其特征在于：还包括外部数据接口，所述外部数据接口与FPGA芯片电连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电架构的短波射频模块，其特征在于：还包括时钟高稳晶振，所述时钟高稳晶振的输出端连接有第二功分器，所述第二功分器的输出端与IQ调制混合数字频率合成器和双通道模数转换器均信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电架构的短波射频模块，其特征在于：所述FPGA芯片的型号为SMQ7K325TFFG900IP。
5.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电架构的短波射频模块，其特征在于：所述双通道模数转换器为双通道16位高速模数转换器。
6.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电架构的短波射频模块，其特征在于：所述短波射频模块包括短波射频发射模块和短波射频接收模块，所述短波射频发射模块与带通滤波器信号连接，所述短波射频接收模块与第三低通滤波器信号连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电架构的短波射频模块，其特征在于：所述IQ调制混合数字频率合成器包括I/O数据内插模块、数字本振和数字模拟转换器，所述I/O数据内插模块的输入端连接FPGA芯片，两个输出端均依次与数字本振和数字模拟转换器信号连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于软件无线电架构的短波射频模块，其特征在于：所述IQ调制混合数字频率合成器还包括依次与I/O数据内插模块相连的参考时钟输入电路和时序控制模块。
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