全数字合成技术的捷变频信号发生器

随着现代电子、微电子技术的发展，利用高速直接数字频率合成技术结合直接模拟上变频技术，将捷变频信号发生器的频率范围扩展到射频直至微波频段。直接数字频率合成可独立控制载波频率和它的调制成分（包括调幅、调频、调相和脉冲调制），具备信号捷变、信号模拟的能力，可灵活地再现复杂信号（包括威胁信号模拟、动态雷达目标信号模拟、保密通信信号模拟等），具有通常信号源和模拟器所无法比拟的性能，广泛应用于电子战、通信和雷达等领域。

如图2-30所示，整个系统由智能接口、捷变信号合成、捷变射频信号发生和捷变微波信号发生等模块组成。通过数字加法器和数字乘法器，可对载波频率进行调幅、调频、调相和脉冲调制，通过高速D/A转换产生捷变的模拟中频信号。在此基础上，通过捷变本振上变频至射频频段，还可继续扩展至微波频段。产生的输出信号可用式（2-29）表示：

式中：S0（t）为RP输出信号；FLC（t）为快速幅度控制；P（t）为脉冲调制；A（t）为幅度调制；fc（t）为载波频率（包括频率上变频）；fm（t）为频率调制；φ（t）为相位调制。

图2-30　全数字频率合成捷变频信号发生器原理框图

1）智能接口

智能接口充当内部控制器的作用，统一控制其他所有的分系统，可能由一台微机、固定或可移动硬盘、语言处理卡和数学加速卡等组成，完成输入输出数据处理、执行ID软件程序、加速波形数据计算和管理存储数据文件等。系统的所有操作都通过智能接口完成，包括键盘、鼠标、软菜单和GP-IB接口等。

2）调制数据发生模块

调制数据发生模块由调制存储器、序列发生器、调频相加器、时钟分配管理、直接存储器存取（DMA）、GP-IB和微处理器等组成。接收来自智能接口的信号数据，并以二进制码的形式存储在调制存储器中，序列发生器产生访问调制存储器的地址，被访问的数据被送到捷变信号合成模块中产生模拟中频信号。

如图2-31所示，调制存储器保存载波信号的频率、调幅、调相和调频波形数据，每个调制数据，例如频率范围、调幅深度、相偏和频偏都有一定的范围。频率数据存储器中不但包括中频频率数据，还包括上变频频率控制数据、上变频幅度控制数据和脉冲调制数据。实际上，每个波形数据在存储器中都有唯一的文件名或指明精确的存放地址。调频数据与载波频率数据在调频相加器中求和，获得代表瞬时中频频率的数据。调频相加器中还包括相位相关校准电路，使系统输出频率可以下面两种方式转换：相位连续方式和相位相关方式。

图2-31　调制数据发生模块原理框图

序列发生器产生访问调制存储器的地址，序列发生存储器中主要存放有关访问调制数据顺序的信息。序列发生器产生访问地址的速率由系统时钟控制，通过分频器可调节地址产生速率。访问地址可由内部的序列发生器或外部的序列发生器产生。下面的一些术语有助于理解序列发生器的工作原理。

波形段：存放波形数据的一段连续地址。

扫描：顺序访问一次波形段。(www.xing528.com)

信息包：一次或多次扫描波形段，对于每一个信息包，必须定义以下参数：文件名或RAM地址以及扫描波形段的长度、扫描次数、信息包前进方法（触发方式：自动和总线）。

序列：一个或多个信息包的组合。

3）捷变射频信号和捷变微波信号发生模块

如图2-32所示，捷变射频信号发生模块和捷变微波信号发生模块的作用是将一定调制带宽的捷变中频信号经过频谱搬移、滤波，分别生成捷变射频信号和捷变微波信号。由于信号的混频滤波在模拟通路产生了延迟，所以从调制数据发生模块接收的数字信号也要产生同样的延迟，以便同步控制射频模块开关、微波模块开关和快速衰减器，确保所有的频率和幅度同步进行。此延迟需要几十纳秒的时间，所以捷变射频信号和捷变微波信号的频率转换时间一般在100 ns以内。

图2-32 频率捷变上变频原理框图

4）系统设计考虑

我们可从以下几个方面阐述系统性能参数：频率分辨率、相位分辨率、幅度分辨率、系统带宽、相位连续的频率转换和相位相关的频率转换。

（1）频率分辨率

系统输出信号的频率分辨率取决于系统所用的时钟频率和相位累加器的位长。当时钟频率为134 MHz（227Hz），累加器位数为30时，频率分辨率为0.125 Hz。

（2）相位分辨率

系统输出信号的相位分辨率取决于调相数据的位长。例如：调相数据为12 bit时，相位分辨率为：

（3）幅度分辨率

系统输出信号的幅度分辨率不但与调幅数据的位数有关，而且与信号幅度的大小有关。