一种捷变频信号产生的方法

四川九洲电器集团有限责任公司　郭智华



一种捷变频信号产生的方法

四川九洲电器集团有限责任公司郭智华

介绍了一种使用矢量信号源和DDS芯片产生捷变频信号的方法。该设计用AD公司AD9958双通道DDS芯片产生两路低频信号，输入至E8267D矢量信号源的IQ输入端口，与E8267D的射频信号进行矢量调制得到具有工作频率高、变频速度快、信号格式复杂的捷变频信号。

矢量调制；DDS；捷变频信号

引言

捷变频通信系统具有良好的抗干扰、抗多径衰落和保密能力，在军事和民用方面都得到了广泛的应用。在某系统自动化测试设备研制过程中，需要能够产生具有特定信号格式的捷变频信号。利用矢量信号源和DDS芯片产生捷变频信号具有很多优点：由于矢量信号源为通用测量仪器，其性能指标可通关过检验溯源到各级计量标准；同时矢量信号源输出信号功率可控，在完成对被测设备进行功能测试的基础上，还可完成接收灵敏度和动态范围等指标测试；DDS芯片应用灵活，只需要通过软件改变配置即可获得需要的多种信号。本文以安捷伦E8267D矢量信号源和AD公司AD9958芯片为例，介绍了一种用矢量信号源和DDS芯片产生捷变频信号的方法。

1.矢量信号源原理

安捷伦E8267D矢量信号源是业内首款可提供44GHz的I、Q信号调制能力的集成微波矢量信号发生器。它包含一个可提供高达2GHz射频调制带宽的内置宽带I、Q调制器，以及一个可灵活回放任意波形并生成复杂实时信号的先进带宽内置基带发生器，可出色的满足航空、国防、卫星通信和宽带无线领域的设计和测试应用需求。安捷伦E8267D矢量信号源的原理框图如图1所示。

图1　E8267D矢量信号源原理框图

矢量信号源射频输出表达式为：

2.AD9958原理

AD9958是Analog Devices公司生产的一款高性能、动态特性优异、可双路输出的DDS器件，每路可单独控制频率、相位和幅度。由于芯片的两个通道共享一个公共系统时钟，因此它们具有固有的同步性，可支持多个设备的同步。AD9958内部集成了10bit的输出幅度控制，内部工作频率高达500MHz，使其可产生最高频率为250MHz的双路信号。芯片内部有用于控制输出信号参数的控制寄存器，具有32为频率调整分辨率、16位相位失调分辨率、10位输出幅度可缩放分辨率，有增强数据吞吐率的串行SPI接口。具有多种工作模式，支持单频信号模式（single-tone）、调制模式（modulation-mode）、线性扫频模式（linearsweep）以及混合信号模式，可执行高达16阶的频率、相位或幅度调试（FSK、PSK、ASK）。其内部结构如图2所示。

图2　AD9958内部结构图

3.产生捷变频信号的方法

在某系统自动化测试设备研制过程中，需要能够产生具有特定信号格式的捷变频信号，该信号具有频率高、频率稳定时间短、信号格式复杂等特点，其主要参数包括：

1）中心频率：36.5GHz；

2）频率间隔：3MHz；

3）频率个数：100个；

4）频率稳定时间：≤100ns；

5）调制方式：BPSK直序扩频。

基于安捷伦E8267D矢量信号源的I、Q信号调制能力和可双路输出的DDS芯片AD9958，本文提出了一种捷变频信号输出的解决方法，很好地实现了设计需求。系统原理框图如图3所示。

图3　系统原理框图

设捷变频信号为：

式中，A为满足系统格式要求的基带信号，w为中心频率，△wi为第i个频点的相对频差。

由式（2）得：

令I = Acos（△wit），Q = Asin（△wit），则式（3）可化为式（1）的形式。

同理如果捷变频信号为：

由式（4）得：

令I = Acos（△wit），Q = -Asin（△wit），则式（5）可化为式（1）的形式。

本方法的具体工作流程为：系统上电后，主控计算机首先完成对E8267D矢量信号源中心频率w和幅度参数的设置。当需要矢量信号源输出捷变频信号时，主控计算机将控制命令发送给FPGA芯片。FPGA根据需要产生的工作频点频率计算与中心频率的相对频差△wi，然后对AD9958芯片的控制寄存器和通道寄存器进行配置，使其通道1和通道2的输出信号分别为Acos（△wit）和Asin（△wit）。将AD9958芯片通道1和通道2输出的中频信号分别送至矢量信号源I、Q端口，根据公式（1）、（2）、（3），矢量信号源E8267D输出的捷变频信号频率为w+△wi；同理，如果FPGA配置AD9958芯片使其通道1和通道2的输出信号分别为Acos（△wit）和-Asin（△wit），根据公式（1）、（4）、（5），矢量信号源输出的捷变频信号频率为w-△wi。

本方法充分利用了AD9958芯片配置灵活、双通道输出同步性好、具有良好的频率分辨率和快速、连续的变频能力，结合矢量信号源E8267D可提供44GHzI/Q调制能力的特点，成功地实现了该捷变频信号的输出，保证了某系统自动化测试设备的顺利研制。

4.结束语

本文基于安捷伦E8267D矢量信号源的I、Q信号调制能力和可双路输出的DDS芯片AD9958，介绍了一种用矢量信号源和DDS芯片产生捷变频信号的方法。该方法产生的捷变频信号性能良好，工作稳定，特别适用于变频时间短（纳秒级）、信号格式复杂的计量测试和产品验收等场合。

［1］粱强，杨永跃，陈仁北.捷变微波频率合成器的设计［J］.国外电子测量，2006，25（8）:39-42.

［2］周研，刘祖深.基于双DDS跳变的捷变频率发生器的设计［J］.电子测量与仪器学报，2010，24（6）:590-593.

［3］蒋涛，唐宗熙，张彪.一种基于DDS+PLL结构的频率合成器设计［J］.电子测量与仪器学报，2009，23（1）:91-95.

［4］李袁柳，斯中毅，张峰.基于调制域分析仪的跳频信号自动测试［J］.仪器仪表用户，2010，17（4）:69-70.

［5］赵云娣，杨小献.基于AD9958的双通道直接频率合成器的设计［J］.无线电工程，2006，36（3）:45-50.

A method of generating frequency agile signal

Guo Zhihua
（SiChuan JiuZhou Electronic Group Co.，Ltd.，Mianyang 621000，China）

A method of generating frequency agile signal is introduced using vector signal source and DDS chip.Double channels DDS chip AD9958 is used to generate two low frequency signals， and the signals are transported to the IQ input port of E8267D.The low frequency signals and RF signal of E8267D are moudulated to generate the frequency agile signal with the features of high frequency，short frequency conversion time，complicated form.

vector moudulation； DDS； frequency agile signall