引言

DDS在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、相位持續(xù)性、正交輸出、高分辨力以及集成化等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達(dá)到的水平，為系統(tǒng)供應(yīng)了優(yōu)于模擬信號(hào)源的性能。利用DDS技術(shù)可以很方便地實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)。本設(shè)計(jì)的核心部分正是基于DDS技術(shù)，進(jìn)行所需中頻信號(hào)源的設(shè)計(jì)。

硬件電路的設(shè)計(jì)

該中頻信號(hào)源的設(shè)計(jì)基于標(biāo)準(zhǔn)CpCI總線，上位機(jī)通過改寫板上的控制參數(shù)可以很方便地輸出不同形式的波形。硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它包括三個(gè)模塊：A是系統(tǒng)的核心部分，為中頻信號(hào)出現(xiàn)模塊；B是中頻正交檢波模塊，輸出檢波后的I、Q信號(hào)；C為中頻正交調(diào)制模塊，可以輸出帶有包絡(luò)的中頻調(diào)制信號(hào)。下面將詳細(xì)討論各個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)和功能。

信號(hào)源出現(xiàn)模塊

該模塊重要包括pCI總線接口、信號(hào)出現(xiàn)控制邏輯電路（FpGA）、DDS芯片以及相應(yīng)的放大、濾波和衰減電路。上位機(jī)通過pCI總線訪問FpGA中的寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工作模式的控制。其中FpGA選用的是Altera公司的Ep1K50TC144。晶振除了供應(yīng)板上各個(gè)模塊工作所需時(shí)鐘外，還供應(yīng)給其他處理板作為外時(shí)鐘。設(shè)計(jì)中采用的DDS是AD9854，片內(nèi)的4~20倍的時(shí)鐘乘法器可使內(nèi)部工作頻率達(dá)到300MHz，輸出信號(hào)的頻率可達(dá)100MHz。

DDS的各種參數(shù)控制信號(hào)均由FpGA來供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)不同形式信號(hào)的輸出。DDS1輸出的chirp（線性調(diào)頻）信號(hào)經(jīng)過放大濾波后送入數(shù)控衰減器，然后進(jìn)行波束調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)ROUT從前面板輸出。DDS2輸出的持續(xù)波信號(hào)經(jīng)放大濾波后再經(jīng)過兩級(jí)功分器輸出三個(gè)信號(hào)F1_out、F2_out和F3_out，作為正交調(diào)制和檢波模塊的本振信號(hào)，通過板內(nèi)的SMA與相應(yīng)的模塊連接。

正交檢波模塊

如圖1中陰影部分所示，包括兩路正交檢波電路。被檢波的中頻信號(hào)RF1（RF2）由前面板送到板內(nèi)，經(jīng)過運(yùn)放后輸入正交檢波器，本振信號(hào)由板內(nèi)的SMA引入，即F1_in和F2_in，由模塊A中功分器的輸出F1_out和F2_out供應(yīng)。經(jīng)過正交檢波器后輸出I、Q信號(hào)，分別經(jīng)濾波放大后輸出，即得到要的信號(hào)。

正交調(diào)制模塊

該模塊完成中頻上的正交調(diào)制功能。本振信號(hào)通過板內(nèi)的SMA送給正交調(diào)制模塊，經(jīng)放大后送給正交調(diào)制器，I、Q信號(hào)從前面板直接送給正交調(diào)制器，調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)放大濾波后送給功分器，輸出兩路中頻信號(hào)。中頻信號(hào)的幅度由壓控衰減器的衰減控制量來控制，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)包絡(luò)調(diào)制。壓控衰減器的控制量（圖1中的Con1和Con2）由前面板輸入。

中頻信號(hào)源在某特種干擾系統(tǒng)中的應(yīng)用

中頻信號(hào)源可以為特種干擾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)供應(yīng)所需的特種信號(hào)，以及完成對(duì)信號(hào)的中頻正交檢波與調(diào)制。

中頻信號(hào)源在特種模擬器和回波模擬器中的應(yīng)用

在特種模擬器和回波模擬器中共用一塊中頻信號(hào)源板，具體應(yīng)用如下：

模塊A：出現(xiàn)特種按時(shí)信號(hào)，如特種重復(fù)周期pRT、組領(lǐng)脈沖CpI以及特種發(fā)射信號(hào)R_OUT和外時(shí)鐘CLK，同時(shí)給正交調(diào)制模塊及檢波模塊供應(yīng)本振信號(hào)。這里的R_OUT就是上文提到的送往特種干擾機(jī)模擬器的特種發(fā)射信號(hào)。其具體實(shí)現(xiàn)過程為：上位機(jī)通過pCI總線訪問板上FpGA芯片中的控制寄存器，控制特種模擬器的各種參數(shù)，如pRT的變化方式以及R_OUT的輸出形式等。不同模式參數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)由FpGA來完成。FpGA除了出現(xiàn)上述的pRT、CpI等信號(hào)外，還要出現(xiàn)DDS的讀寫及控制信號(hào)，來控制DDS1和DDS2的輸出。DDS1根據(jù)前端FpGA送出的控制字輸出相應(yīng)的特種發(fā)射信號(hào)，有單點(diǎn)頻模式、循環(huán)模式和隨機(jī)捷變模式，信號(hào)的形式為脈沖線性調(diào)頻信號(hào)，帶寬為5MHz~20MHz可編程，脈寬10ms~50ms可編程，載頻為40MHz~90MHz，具有捷變頻的功能。DDS2輸出的是正弦持續(xù)波信號(hào)，也具有捷變頻的功能，捷變的方式與DDS1一致。DDS2出現(xiàn)的信號(hào)經(jīng)過放大、濾波和功分電路后從板子內(nèi)部的SMA輸出，作為檢波模塊和本振模塊的本振，從而保證特種模擬器和回波模擬器的載頻與特種發(fā)射信號(hào)的一致性。

由DDS1輸出的特種信號(hào)經(jīng)放大濾波后送給數(shù)控衰減器進(jìn)行特種天線掃描的調(diào)制，輸出具有特種天線包絡(luò)的信號(hào)。數(shù)控衰減器的衰減范圍為65dB，可控位數(shù)為12bit，最小步進(jìn)0.5dB。圖2所示為FpGA送給數(shù)控衰減器的控制量，系統(tǒng)要求干擾機(jī)接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍為60dB，因此衰減控制量的最大差值為60dB。由于天線圖的周期太長(zhǎng)，為了便于觀測(cè)，可以對(duì)輸出的天線圖進(jìn)行A/D采樣，采樣后如圖3所示。橫坐標(biāo)表示采樣點(diǎn)，縱坐標(biāo)為對(duì)幅值求對(duì)數(shù)后的量化值。該圖即為天線的包絡(luò)，讀圖可以了解天線主瓣與旁瓣的dB差值，主瓣與第四旁瓣的差值為50dB。外時(shí)鐘CLK信號(hào)是板內(nèi)時(shí)鐘經(jīng)過時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片送往前面板的SMA頭輸出，可以供應(yīng)給特種模擬器處理板和回波模擬器處理板使用。

模塊B：完成中頻上的正交檢波，對(duì)特種回波中頻信號(hào)和干擾中頻信號(hào)合成后的信號(hào)進(jìn)行檢波，本振信號(hào)由DDS2的輸出供應(yīng)，即F1_out和F2_out，分別與F1_in和F2_in相連。該模塊設(shè)計(jì)了兩路是因?yàn)橐獙?duì)特種分別進(jìn)行主天線和輔助天線的處理。對(duì)DDS送來的主天線和輔助天線的合成信號(hào)分別進(jìn)行正交檢波，輸出兩路I、Q信號(hào)送給特種模擬器。

模塊C：對(duì)特種回波模擬器出現(xiàn)的基帶正交信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制到具有捷變功能的中頻本振上，本振信號(hào)F3_in由DDS2經(jīng)過功分器輸出的F3_out供應(yīng)，本振變化的規(guī)律與DDS1出現(xiàn)的特種發(fā)射信號(hào)的變化一致。中頻調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)過功分器分成兩路，再經(jīng)過壓控振蕩器，分別對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行天線調(diào)制，其中一路作為主天線回波信號(hào)，另一路作為輔助天線回波信號(hào)。壓控衰減器的控制量由特種回波模擬器經(jīng)由前面板的Con1和Con2供應(yīng)。

結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)重要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.該系統(tǒng)采用DDS技術(shù)，可以滿足高線性度、高穩(wěn)定度、高信噪比和低雜散的要求。

2.用上位機(jī)可以簡(jiǎn)單方便地控制信號(hào)波形參數(shù)，為不同頻率、不同波形的要求供應(yīng)了通用平臺(tái)。

3.能夠在出現(xiàn)中頻信號(hào)的同時(shí)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行任意包絡(luò)的波束調(diào)制。

4.該系統(tǒng)還能夠完成正交檢波和正交調(diào)制的功能。

5.硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能劃分清晰，各模塊可單獨(dú)使用。

以上介紹了一種應(yīng)用在某特種干擾仿真系統(tǒng)中的中頻信號(hào)源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。只要改寫FpGA中控制DDS的部分參數(shù)就可以根據(jù)要求改變信號(hào)的輸出形式，簡(jiǎn)單方便，輸出信號(hào)的各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到很高的要求。

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