一种超宽带低功率射频信号发生器及其方法

摘要

本发明公开了一种超宽带低功率射频信号发生器及其方法。所述信号发生器包括：基带信号源，其用于产生连续的基带信号；开关，其用于控制将所述基带信号从时域上分割成多个部分；正交调制器，其使用不同的射频本振将所分割成多个部分的基带信号调制成多个射频信号；合成器，其用于将所述多个射频信号在时域上合成为一路超宽带低功率射频信号。该信号发生器主要用于雷达激励器。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达激励器技术领域，特别是一种合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar-SAR)超宽带低功率射频信号发生器及其方 法。

背景技术

激励器是合成孔径雷达的一个重要组成部分。它用来产生合成孔径雷 达系统工作所需要的低功率射频信号。在合成孔径雷达系统中，距离向分 辨率由发射信号的带宽决定。随着技术的发展，用户对合成孔径雷达系统 的分辨率提出了厘米量级的要求，为此带来雷达系统的信号带宽达到数 GHz。

大规模集成电路技术的发展导致高速数字模拟变换器(Digital to  Analog Convertor-DAC)和直接数字频率合成器(Direct Digital  Frequency Synthesis-DDS)技术快速发展，但是相对于实际应用而言， 在性能上总是差了一个数量级。对此，传统的低功率射频信号的产生方案 为倍频，其实现原理框图如图1所示。首先由一个高精度高速的DAC产生 一个窄带的中频信号，然后通过若干次倍频、带通滤波和放大后，获取所 需带宽的低功率射频信号。

倍频方案是目前产生超宽带雷达信号的主流方案。它的结构简单，产 生的信号带外抑制度比较高，信号带内平坦度好。但是其缺点为：体积大， 功耗高；倍频的次数越多，引入的杂散多，信号的线性度差。

发明内容

为了克服当前DAC采样率不够高和倍频方案体积大的缺点，本发明提 供了一种超宽带低功率射频信号发生器。

本发明公开的超宽带低功率射频信号发生器，其包括：

基带信号源，其用于产生连续的基带信号；

开关，其用于控制将所述基带信号从时域上分割成多个部分；

正交调制器，其使用不同的射频本振将所分割成多个部分的基带信号 调制成多个射频信号；

合成器，其用于将所述多个射频信号在时域上合成为一路超宽带低功 率射频信号。

其中，该信号发生器用于雷达激励器。

其中，其通过时域多通道信号合成法得到超宽带低功率射频信号。

其中，所述的基带信号源采用波形合成法产生基带信号。

其中，所述基带信号由多个相同特性的线性调频信号连接而成。

其中，所述多个射频信号为具有不同中心频率相同带宽的射频信号。

其中，所述基带信号源产生的是两路正交的I和Q信号。

本发明还公开了一种超宽带低功率射频信号产生方法，其包括：

步骤1、基带信号源产生基带信号；

步骤2、将所述基带信号从时域上分成多个部分，形成多个零中频线 性调频信号；

步骤3、使用不同的射频本振将所述多个零中频线性调频信号进行正 交调制，形成多个射频信号；

步骤4、将所述多个射频信号合成为一个超宽带低功率射频信号。

其中，通过时域多通道信号合成法得到超宽带低功率射频信号。

其中，所述的基带信号源采用波形合成法产生基带信号。

本发明提供的超宽带低功率射频信号发生器具有以下的优点：

1)它在不用提高高速DAC转换率的前提下，通过多通道宽带信号合 成的方法产生超宽带低功率射频信号；

2)比倍频方案产生的信号质量高；

3)体积小，功耗低。

附图说明

图1示出了传统的超宽带雷达低功率射频信号产生器原理框图；

图2示出了本发明中超宽带低功率射频信号发生器的组成框图；

图3示出了本发明中超宽带低功率射频信号发生器的工作流程图；

图4示出了本发明中基带信号源的工作原理框图；

图5(a)-(c)示出了本发明中基带信号源产生的基带信号的时域波形 和频谱图；

图6示出了本发明中超宽带射频信号的频谱图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合交通测 速的具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图2示出了本发明公开的一种超宽带低功率射频信号发生器的结构 图。如图2所示，该发生器包括基带信号源、开关、正交调制器和宽带信 号合成器等部分。首先基带信号源产生N个相连的两路正交I和Q信号， 然后在第一个线性调频信号有效期间，开关将输出的基带信号与第一个正 交调制器连通，实现与第一个射频本振的正交调制，得到第一个射频信号； 在第二个线性调频信号有效期间，开关将输出的基带信号与第二个正交调 制器连通，实现与第二个射频本振的正交调制，得到第二个射频信号；依 次类推，在第N个线性调频信号有效期间，开关将输出的线性调频信号与 第N个正交调制器连通，实现与第N个射频本振的正交调制，得到第N 个射频信号。等效为开关的控制下，基带信号从时域上被分割成前后相连 的N个部分，接着使用不同的射频本振f_L1～f_LN(射频本振之间的频率差为 基带信号的带宽)，将N个基带信号直接调制成具有不同中心频率相同带 宽的射频信号，最后由合成器将N个射频信号相干合成为一路超宽带雷达 射频信号。该信号发生器主要用于雷达激励器，所述的基带信号源采用波 形合成法产生基带信号，所述基带信号由N个相同特性的线性调频信号连 接而成。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：时域多通道宽带信号合 成。合成孔径雷达中，一般采用线性调频信号作为发射信号，该信号的频 率随时间线性变化。首先，产生N个带宽为B，脉宽为τ的零中频线性调 频信号；然后，用N个相隔B带宽的射频本振信号将基带信号调制成射频 信号；最后将这N个射频信号合成为一个信号，就得到了NB带宽的超宽 带低功率射频信号。

图3示出了本发明提出的超宽带低功率射频信号发生方法流程图。如 图3所示，具体实施步骤如下：

第一步：用基带信号源产生两个基带信号，它们的带宽相同(800MHz)， 脉宽为8微秒，信号的形式为线性调频信号；

第二步：用开关将这两个基带信号从时域中分开，得到两路时间上错 开的基带信号；

第三步：用两个相隔800MHz的射频本振(15.2GHz和16GHz)对两个 基带信号分别进行正交调制，得到两个射频信号，其频率范围分别为： 14.8GHz-15.6GHz，15.6GHz-16.4GHz；

第四步：将两个射频信号在时域中进行合成，得到最后的低功率射频 信号，其频率范围为：14.8GHz-16.4GHz。

图4示出了本发明中基带信号源产生基带信号的工作原理框图。如图 4所示，本发明中采用的是波形合成法。首先使用Matlab软件产生数字波 形数据文件；然后将数据文件在FPGA程序设计过程中，嵌入到FPGA的内 置RAM中，同FPGA程序一同固化到配置芯片中。上电后，在脉冲重复频 率(Pu l se Repeative Frequency-PRF)的控制下，FPGA从内嵌的RAM 中读出数字基带数据，然后快速将其送给两路DAC芯片，由DAC芯片在高 速时钟作用下，转换成模拟的正交I和Q信号。使用这种方法的最大优点 为：可以对波形数据进行预失真，以此补偿系统通道中存在的幅相失真。

图5示出了本发明中基带信号源产生的基带信号的时域波形和其频谱 图。其中(a)表示I信号的时域波形；(b)表示Q信号的时域波形；(c) 表示基带信号的频谱。本发明只使用一个基带信号源，主要原因：1)单 个基带信号源功耗低、体积小；2)多个基带信号源之间的同步控制比较 难；3)由一个基带信号源产生的多个基带信号一致性好。

图6示出了本发明中低功率射频信号的频谱图。其中心频率为 15.6GHz，带宽为1.6GHz，带内平坦度为2dB，带外抑制度为＞40dB，能够 很好地满足合成孔径雷达系统的要求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。