一種捷變頻信號產生的方法

四川九洲電器集團有限責任公司　郭智華

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一種捷變頻信號產生的方法

四川九洲電器集團有限責任公司郭智華

介紹了一種使用矢量信號源和DDS芯片產生捷變頻信號的方法。該設計用AD公司AD9958雙通道DDS芯片產生兩路低頻信號，輸入至E8267D矢量信號源的IQ輸入端口，與E8267D的射頻信號進行矢量調制得到具有工作頻率高、變頻速度快、信號格式復雜的捷變頻信號。

矢量調制；DDS；捷變頻信號

引言

捷變頻通信系統具有良好的抗干擾、抗多徑衰落和保密能力，在軍事和民用方面都得到了廣泛的應用。在某系統自動化測試設備研制過程中，需要能夠產生具有特定信號格式的捷變頻信號。利用矢量信號源和DDS芯片產生捷變頻信號具有很多優點：由于矢量信號源為通用測量儀器，其性能指標可通關過檢驗溯源到各級計量標準；同時矢量信號源輸出信號功率可控，在完成對被測設備進行功能測試的基礎上，還可完成接收靈敏度和動態范圍等指標測試；DDS芯片應用靈活，只需要通過軟件改變配置即可獲得需要的多種信號。本文以安捷倫E8267D矢量信號源和AD公司AD9958芯片為例，介紹了一種用矢量信號源和DDS芯片產生捷變頻信號的方法。

1.矢量信號源原理

安捷倫E8267D矢量信號源是業內首款可提供44GHz的I、Q信號調制能力的集成微波矢量信號發生器。它包含一個可提供高達2GHz射頻調制帶寬的內置寬帶I、Q調制器，以及一個可靈活回放任意波形并生成復雜實時信號的先進帶寬內置基帶發生器，可出色的滿足航空、國防、衛星通信和寬帶無線領域的設計和測試應用需求。安捷倫E8267D矢量信號源的原理框圖如圖1所示。

圖1　E8267D矢量信號源原理框圖

矢量信號源射頻輸出表達式為：

2.AD9958原理

AD9958是Analog Devices公司生產的一款高性能、動態特性優異、可雙路輸出的DDS器件，每路可單獨控制頻率、相位和幅度。由于芯片的兩個通道共享一個公共系統時鐘，因此它們具有固有的同步性，可支持多個設備的同步。AD9958內部集成了10bit的輸出幅度控制，內部工作頻率高達500MHz，使其可產生最高頻率為250MHz的雙路信號。芯片內部有用于控制輸出信號參數的控制寄存器，具有32為頻率調整分辨率、16位相位失調分辨率、10位輸出幅度可縮放分辨率，有增強數據吞吐率的串行SPI接口。具有多種工作模式，支持單頻信號模式（single-tone）、調制模式（modulation-mode）、線性掃頻模式（linearsweep）以及混合信號模式，可執行高達16階的頻率、相位或幅度調試（FSK、PSK、ASK）。其內部結構如圖2所示。

圖2　AD9958內部結構圖

3.產生捷變頻信號的方法

在某系統自動化測試設備研制過程中，需要能夠產生具有特定信號格式的捷變頻信號，該信號具有頻率高、頻率穩定時間短、信號格式復雜等特點，其主要參數包括：

1）中心頻率：36.5GHz；

2）頻率間隔：3MHz；

3）頻率個數：100個；

4）頻率穩定時間：≤100ns；

5）調制方式：BPSK直序擴頻。

基于安捷倫E8267D矢量信號源的I、Q信號調制能力和可雙路輸出的DDS芯片AD9958，本文提出了一種捷變頻信號輸出的解決方法，很好地實現了設計需求。系統原理框圖如圖3所示。

圖3　系統原理框圖

設捷變頻信號為：

式中，A為滿足系統格式要求的基帶信號，w為中心頻率，△wi為第i個頻點的相對頻差。

由式（2）得：

令I = Acos（△wit），Q = Asin（△wit），則式（3）可化為式（1）的形式。

同理如果捷變頻信號為：

由式（4）得：

令I = Acos（△wit），Q = -Asin（△wit），則式（5）可化為式（1）的形式。

本方法的具體工作流程為：系統上電后，主控計算機首先完成對E8267D矢量信號源中心頻率w和幅度參數的設置。當需要矢量信號源輸出捷變頻信號時，主控計算機將控制命令發送給FPGA芯片。FPGA根據需要產生的工作頻點頻率計算與中心頻率的相對頻差△wi，然后對AD9958芯片的控制寄存器和通道寄存器進行配置，使其通道1和通道2的輸出信號分別為Acos（△wit）和Asin（△wit）。將AD9958芯片通道1和通道2輸出的中頻信號分別送至矢量信號源I、Q端口，根據公式（1）、（2）、（3），矢量信號源E8267D輸出的捷變頻信號頻率為w+△wi；同理，如果FPGA配置AD9958芯片使其通道1和通道2的輸出信號分別為Acos（△wit）和-Asin（△wit），根據公式（1）、（4）、（5），矢量信號源輸出的捷變頻信號頻率為w-△wi。

本方法充分利用了AD9958芯片配置靈活、雙通道輸出同步性好、具有良好的頻率分辨率和快速、連續的變頻能力，結合矢量信號源E8267D可提供44GHzI/Q調制能力的特點，成功地實現了該捷變頻信號的輸出，保證了某系統自動化測試設備的順利研制。

4.結束語

本文基于安捷倫E8267D矢量信號源的I、Q信號調制能力和可雙路輸出的DDS芯片AD9958，介紹了一種用矢量信號源和DDS芯片產生捷變頻信號的方法。該方法產生的捷變頻信號性能良好，工作穩定，特別適用于變頻時間短（納秒級）、信號格式復雜的計量測試和產品驗收等場合。

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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