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捷變頻信號發(fā)生器
閱讀�5343�(shí)間:2018-05-29 10:08:16

信號�(fā)生器從某一輸出頻率�(zhuǎn)換到另一輸出頻率的時(shí)間稱為頻率切換時(shí)�,捷變頻信號�(fā)生器可以�(jìn)行快速頻率切換,主要�(yīng)用于捷變頻雷�(dá)、跳頻通信等電子對抗領(lǐng)域�

基本概念

捷變頻信號發(fā)生器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間目前并無嚴(yán)格規(guī)�,一般認(rèn)為頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間小�1ms。隨著電子對抗技�(shù)的發(fā)�,對頻率�(zhuǎn)換速度要求越來越高,對捷變頻信號發(fā)生器的定義也越來越嚴(yán)�,頻率切換時(shí)間一般為幾十微秒,最快達(dá)到幾十納��

工作原理

  主要�(shí)�(xiàn)方法
  捷變合成信號�(fā)生器的技�(shù)方法主要有三種:直接模擬頻率合成、間接頻率合�、直接數(shù)字頻率合成法�
  早期的捷變合成信號發(fā)生器多采用直接模擬頻率合成法,這種技�(shù)使用可大量的高穩(wěn)晶體振蕩�,通過混頻、倍頻、分�、帶通濾波等方法,獲得所需的最終頻率。其顯著特點(diǎn)是頻率切換速度�、相位噪聲低、輸出頻率高、工作可�,是比較理想的模擬捷變合成信號發(fā)生器,在解決了相位相�(guān)性后,估�(jì)在電磁環(huán)境模擬器中會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)�。但需要大量的晶體振蕩�、混頻器、倍頻�、分頻器和窄帶濾波器,造成�(shè)備體積龐�、造價(jià)高、難以集�,而且雜散信號難以濾除?,F(xiàn)在的捷變合成信號�(fā)生器已很少采用�
  間接頻率合成法也叫鎖相環(huán)路法,在采用�(shù)字分頻器�,特別是采用小數(shù)分頻及相位抖�(dòng)消除技�(shù)�,制作技�(shù)�(chǎn)生了�(zhì)的飛�,由于容易實(shí)�(xiàn)程控分頻,只需很少濾波�,體積小,功耗低,因此得到了廣泛的應(yīng)用。鎖相環(huán)路由于受到參考頻率和�(huán)路帶寬的限制,在頻率分辨力、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間和頻譜純度等指�(biāo)之間不能兼顧。當(dāng)需要兼顧時(shí),會(huì)引起�(huán)路的增加,結(jié)果增加了電路�(fù)雜程度、體積和儀器成�。[1]
  隨著�(xiàn)代電子、微電子技�(shù)的發(fā)�,直接數(shù)字頻率合成法采用全數(shù)字技�(shù),從相位的觀�(diǎn)�(jìn)行頻率合�,它的主要優(yōu)�(diǎn)是:頻率分辨力高,可以做到毫�,即零點(diǎn)零零幾赫;頻率轉(zhuǎn)換速度快,一般可做到20ns;相位噪聲低;容易實(shí)�(xiàn)各種高性能的數(shù)字調(diào)�。其主要缺點(diǎn)是:雜散輸出較大;輸出頻率較�,約為時(shí)鐘頻率的40%�
  隨著電子對抗技�(shù)的不斷發(fā)�,跳頻電臺及技偵設(shè)備要求合成信號發(fā)生器的轉(zhuǎn)換速度�、跳頻范圍寬、頻率步�(jìn)間隔�、頻譜純度好,而且要求提高輸出頻率。綜合間接頻率合成(即鎖相環(huán)路)和直接數(shù)字頻率合成的�(yōu)�,采用DDS與PLL相結(jié)合的方法,可滿足�(shè)備對合成信號�(fā)生器的要��
  采用的新技�(shù)
  1、利用單�(huán)寬帶鎖相�(huán)路技�(shù)的捷變頻信號�(fā)生器
  在頻率分辨力、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間和頻譜純度等指�(biāo)之間是不能兼顧的,需要采用多�(huán)�(jié)�(gòu)或小�(shù)分頻頻率合成技�(shù),而小�(shù)分頻技�(shù)帶來了很大的寄生�(diào)頻和相位噪聲,需要減小環(huán)路帶寬和�(jìn)行相位誤差補(bǔ)償,而這些和快速頻率轉(zhuǎn)換都是相沖突�。所�,快速頻率轉(zhuǎn)換和微小頻率間隔在單�(huán)路頻率合成器中是很難�(shí)�(xiàn)的。近年來,隨著異�(zhì)�(jié)雙極晶體�、寬帶移相器、寬帶壓控振蕩器技�(shù)的發(fā)�,使得設(shè)�(jì)制造具有微小頻率間隔寬帶快速跳射頻/微波頻率合成器成為可能�
  近年�,通過采用砷化鎵異�(zhì)�(jié)雙極晶體管先�(jìn)工藝制作技�(shù),使得分頻器工作到了微波頻段。例�,惠普公司能夠提供高�(dá)12GHz甚至18GHz的固定分頻器,并可采用廉�(jià)的SSOP-8表面封裝。RockwellCollins公司制作的程控分頻器輸入頻率可達(dá)5GHz,且輸出的剩余噪聲�10kHz頻偏�(shí)可達(dá)-150dBc/Hz以下。微波寬帶VCO和寬帶的固定、程控分頻器使單�(huán)路微波頻率合成器的制作成為可能。而快速跳頻能力或快速頻率轉(zhuǎn)換主要取決于�(huán)路帶�,這里采用高頻率參�,拓寬了�(huán)路帶�,保證了快速頻率轉(zhuǎn)��
  2、利用寬帶鎖頻環(huán)路技�(shù)的捷變頻信號�(fā)生器
  這里介紹一種高性能的捷變頻信號�(fā)生器,利用鎖相環(huán)路和鎖頻�(huán)路相�(jié)合的特點(diǎn),實(shí)�(xiàn)快速而精確的跳頻輸出。單�(huán)路小�(shù)分頻鎖相�(huán)路實(shí)�(xiàn)高分辨力的頻率合�,延遲線鑒頻器鎖頻環(huán)路利用調(diào)頻信號誤差穩(wěn)定VCO輸出頻率,降低調(diào)頻噪�。鎖頻環(huán)路固有的幾兆赫的�(huán)路帶�,減少了頻率�(zhuǎn)換時(shí)間,被用做快速頻率切換或跳頻信號輸出�
  鎖相�(huán)路輸出合成射頻信號為鎖頻�(huán)路的校準(zhǔn)提供了穩(wěn)定的輸出頻率,鎖頻環(huán)路最終鎖定于鎖相�(huán)路輸出頻率上。此�(shí),鎖頻環(huán)路的�(diào)諧電壓被測量,并�(jīng)過A/D�(zhuǎn)換后,將�(zhuǎn)換數(shù)�(jù)存儲于快速跳頻RAM�,稱為跳頻的�(xué)�(xí)校準(zhǔn)。在�(xué)�(xí)校準(zhǔn)過程中,在跳頻序列中的每一�(gè)頻率�(shè)置電壓都被測量并存儲于不同的存儲器地址單元�。這些�(shè)置參�(shù)包括VCO�(yù)�(diào)電壓、鎖相環(huán)路增益補(bǔ)�、鎖頻環(huán)路增益補(bǔ)�。通過�(huán)路增益補(bǔ)償,消除各種因素引起的頻率靈敏度的變�,使�(huán)路在整�(gè)頻率范圍�(nèi)�(dá)到充分一致的�(huán)路增�。跳頻時(shí)通過�(diào)用快速跳頻RAM中的存儲�(shù)�(jù),并�(jīng)D/A�(zhuǎn)換后,調(diào)諧鎖頻環(huán)�,使VCO輸出頻率與原始的合成信號頻率的誤差處于微小的可接受范圍內(nèi)�
  �(chǎn)生跳頻輸出的有效途徑為:首先通過前面板或后面板輸入接口,�(shè)置所需的跳頻信道和跳頻序列,鎖頻環(huán)路通過�(xué)�(xí)校準(zhǔn),存儲每�(gè)頻率�(diǎn)的設(shè)置參�(shù)。當(dāng)接到跳頻觸發(fā)命令�(shí),關(guān)斷鎖相環(huán)�,只接入鎖頻�(huán)�。這些�(shè)置參�(shù)重新輸入到鎖頻環(huán)�,調(diào)諧鎖頻環(huán)路產(chǎn)生期望的跳頻輸出。所�,跳頻輸出信號不是相�(guān)的合成信�,但是頻率穩(wěn)定的輸出信號。在頻率�(zhuǎn)換時(shí)間和頻譜純度指標(biāo)處于同等�(shù)量級的頻率合成器�,利用延遲線鑒頻器鎖頻環(huán)路可以大大降低成本和�(fù)雜度�
  3、跳頻輸出時(shí)的幅度控制技�(shù)
  頻率�(zhuǎn)換時(shí)間主要由�(huán)路帶寬決�,實(shí)際上也直接受幅度開關(guān)�(shí)間的控制,一般頻率轉(zhuǎn)換完成的幅度要求定義為在新頻率點(diǎn)上輸出幅度上升到�(shè)置值的90%�(shí)。幅度開�(guān)�(shí)間不能直接控�,但通過�(wěn)幅環(huán)路帶寬的控制能影響幅度開�(guān)�(shí)間。跳頻時(shí),穩(wěn)幅環(huán)路可以處于開�(huán)或閉�(huán)工作狀�(tài)。閉�(huán)工作�(shí),幅度開�(guān)�(shí)間較�,但具有較好的頻譜潑�,較高的輸出幅度精度,較好的�(diào)幅線�。開�(huán)工作�(shí),輸出幅度特性剛好相�。跳頻時(shí),輸出幅度范圍由快變衰減器的工作范圍決定,通常幅度開關(guān)�(shí)間是輸出幅度范圍的函�(shù),輸出幅度范圍變化越�,開�(guān)�(shí)間越�,隨著幅度衰減量的增�,輸出幅度精度將降低�
  在跳頻間隔,輸出幅度�(guān)�,如同脈沖調(diào)制。由于輸出幅度的瞬變,載波的能量�(sinx)/x波形包絡(luò)分布。在脈沖�(diào)制時(shí),對此并不關(guān)�。當(dāng)跳頻�(shí),由于潑散的頻譜�(huì)落入鄰信�,從而引起鄰信道通信的中斷。為了避免上述問題,跳頻�(shí)輸出幅度�(guān)�,同�(shí)�(yán)格控制幅度瞬變的形狀,自�(dòng)減小幅度突變�
  �(dāng)輸出幅度�(guān)閉時(shí),內(nèi)置定�(shí)裝置控制�(wěn)幅環(huán)路使輸出以一定度率步�(jìn)衰減,經(jīng)過幾微秒�,輸出幅度衰減了幾十分貝,這時(shí)脈沖�(diào)制器開始工作,輸出幅度繼�(xù)衰減幾十分貝。當(dāng)輸出幅度打開�(shí),定�(shí)控制正好相反,脈沖調(diào)制器首先打開,然后控制穩(wěn)幅環(huán)路逐漸返回原值,這種漸變大大減小了頻譜潑�。如果穩(wěn)幅環(huán)路開�(huán)工作,這時(shí)只有脈沖�(diào)制器起作�,頻譜潑散將增加,而跳頻速率也稍許增��

技�(shù)指標(biāo)

  捷變合成信號�(fā)生器除具有靜止條件下的常�(guī)技�(shù)指標(biāo)(包括頻�、頻譜純�、輸出特性和�(diào)制特性)外,還規(guī)定了快速變化條件下的技�(shù)指標(biāo),包括捷變頻狀�(tài)下的頻率特性、輸出特�、調(diào)制特性以及快速跳頻控制特��
  捷變頻狀�(tài)下的頻率特性包括頻率跳變范圍、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)�、跳頻頻率準(zhǔn)確度、跳頻頻譜純度等指標(biāo)�
  捷變頻狀�(tài)下的輸出特性包括跳頻幅度輸出范�、跳頻幅度準(zhǔn)確度、跳頻幅度開�(guān)�(shí)間等�
  一般捷變合成信號發(fā)生器在快速頻率跳變時(shí)仍具有一定的�(diào)制能�,包括具有內(nèi)外AM、內(nèi)外FM和同�(shí)AM/FM的能�,有些還具有�(shù)字調(diào)制能�。滿足跳頻狀�(tài)下對�(fù)雜射頻信號的仿真,這些對跳頻電�、偵察接收機(jī)和現(xiàn)代新體制雷達(dá)的性能測試是非常必要的�
  快速跳頻控制特性主要包括信道數(shù)、序列數(shù)、跳頻速率、駐留時(shí)間、跳頻的定時(shí)控制和同步等�

典型�(yīng)�

  一般的捷變合成信號�(fā)生器可滿足靜止和捷變兩種測試能力的需求,且具有復(fù)雜調(diào)制功�,可以模擬跳頻狀�(tài)下的�(fù)雜射頻信�。除了滿足常�(guī)的器�、參�(shù)測試�,還廣泛�(yīng)用于跳頻電臺、偵察接收機(jī)、新體制雷達(dá)、衛(wèi)�、地面和移動(dòng)通信系統(tǒng)�
  一�(gè)性能良好的捷變合成信號發(fā)生器充當(dāng)�(fù)雜信號的激�(lì)�,可以滿足接收機(jī)幾乎所有的測試要求,測試指�(biāo)包括選擇�、靈敏度、交�(diào)和失真等。快速的頻率�(zhuǎn)換和信號模擬可降低測試成�,節(jié)約測試時(shí)間。某些高純信號發(fā)生器還可作為相位噪聲測試參考源和通信系統(tǒng)、雷�(dá)系統(tǒng)的本振源�
  目前各種不同性能的通信對抗和雷�(dá)對抗系統(tǒng)陸續(xù)使用,具有跳頻技�(shù)特點(diǎn)的戰(zhàn)�(shù)無線通信系統(tǒng),空�、地空通信系統(tǒng),無線接力通信系統(tǒng)及其偵察�(shè)備的性能測試,和具有頻率捷變技�(shù)特點(diǎn)的雷�(dá)探測系統(tǒng)及其偵察�(shè)備的性能測試,都離不開捷變合成信號發(fā)生器�
  跳頻碼序列發(fā)生器輸出一組偽隨機(jī)碼組成的跳頻圖案,控制捷變頻率合成器偽隨�(jī)跳頻,接收端跳頻控制器接收同步信�,產(chǎn)生同步信�,使�/�(fā)同步。接收端必須事先知道偽隨�(jī)�,才能正確解�(diào)接收信號。近年來,國外發(fā)展的一種新型條�(kuò)頻通信系統(tǒng),其跳頻帶寬�1.5MHz以上,跳頻速率高達(dá)5000�/s,結(jié)合信號波形特�(diǎn)和數(shù)�(jù)傳輸方式,可在多徑衰落嚴(yán)重的天波信道上,提供可靠�19200bit/s的通信能力�

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