專利名稱：一種寬頻線性調頻連續波信號產生裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種調頻連續波信號產生裝置，尤其涉及一種寬頻線性調頻連續 波信號產生裝置，用于毫米波測速測距雷達的信號源部分。
背景技術：
連續波雷達利用連續波波形，該波形可以看成是形式為 Cod^l3I的純正弦波。從靜止目標和雜波來的雷達回波的頻譜將集中在Λ處。運動目標
回波的中心頻率將便宜厶，即多普勒頻率。因此，通過測量該頻率差，連續波雷達可以非常
精確的提取目標的徑向速度。由于連續波輻射的連續特性，不能對運動物體進行距離測量。 因此采用線性調頻連續波，這樣既可以測量距離，也可以測量多普勒信息。所以需要產生調 頻連續波信號。目前，最成熟的線性調頻連續波信號的產生方式是通過專用DDS(Direct Digital Synthesizer，直接數字式頻率合成器，以下簡稱數字頻率合成器)芯片來產生。當然也可 以采用壓控振蕩器和其他方法來實現，但是其實現方法相對于專用DDS芯片來說要復雜的 多，線性度也很難達到要求，并且實時更改其頻率范圍也要困難的多。由于毫米波雷達高的 分辨率和測距精度越來越受到各國的青睞，目前已經得到越來越廣泛的應用，正是由于其 高的距離分辨率和測距精度從而對其調頻連續波的線性度提出了更高的要求。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在于提供一種能夠滿足毫米波線性調頻連續波雷 達對距離分辨率和調頻線性度的要求，且結構簡單，成本低廉的寬頻線性調頻連續波信號 產生裝置。本實用新型采用以下技術方案一種寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，該裝置包括信號產生控制模塊、電源供 電模塊、上變頻模塊以及信號調理電路；所述信號產生控制模塊包括控制器及與該控制器 信號連接的數字頻率合成器；所述上變頻模塊包括上混頻器和帶通濾波器，上混頻器的輸 出端和帶通濾波器的輸入端相連；所述信號調理電路包括順次信號連接的射頻變壓器、功 率放大器、模擬低通濾波器；其中數字頻率合成器的輸出與射頻變壓器的輸入相連接，模擬 低通濾波器的輸出與上混頻器的輸入相連接；電源供電模塊用于各部件的供電。所述控制器為FPGA (Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)。所述信號產生控制模塊還包括一個外接晶振，該晶振發出的時鐘信號經功分器分 為兩路分別傳輸給FPGA及數字頻率合成器。所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置的控制參數通過與所述FPGA的輸入端相 連接的計算機輸入；該計算機與FPGA可通過各種有線或無線方式連接，本實用新型采用最 常用的以太網連接。[0010]本實用新型采用FPGA控制數字頻率合成器產生調頻連續波信號，使整個裝置的 結構簡單，成本低廉，并使用外接晶振輸入時鐘信號從而滿足了對系統時鐘的高要求；并通 過與FPGA連接的計算機進行控制指令的輸入，可通過計算機軟件界面實時控制其輸出頻 率、帶寬和幅度等控制參數。相比現有技術，本實用新型具有信號線性度好、輸出帶寬較寬、 結構簡單、穩定可靠的優點。
圖1為本實用新型的寬頻線性調頻連續波信號產生裝置的結構框 圖；圖2為本實用新型的寬頻線性調頻連續波信號產生裝置的硬件結構示意圖；圖3為本實用新型的寬頻線性調頻連續波信號產生裝置生成調頻連續波信號的 過程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明本實用新型的寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，如附圖1所示(圖中虛線框內 部分)，包括信號產生控制模塊、電源供電模塊、上變頻模塊以及信號調理電路；所述信號產 生控制模塊包括控制器及與該控制器信號連接的數字頻率合成器；所述上變頻模塊包括上 混頻器和帶通濾波器，上混頻器的輸出端和帶通濾波器的輸入端相連；所述信號調理電路 包括順次信號連接的射頻變壓器、功率放大器、模擬低通濾波器；其中數字頻率合成器的輸 出與射頻變壓器的輸入相連接，模擬低通濾波器的輸出與上混頻器的輸入相連接；電源供 電模塊用于各部件的供電。本具體實施方式
中，所述控制器采用FPGA模塊Virtex-4 FX12 Mini Module，所 述數字頻率合成器采用型號為AD9910的DDS芯片，FPGA模塊Virtex-4 FX12 Mini Module 的信號輸入端通過千兆以太網與一臺PC機連接，采用截止頻率為IOOMHz的有源晶振作 為系統時鐘來源，該晶振發出的時鐘信號通過功分器分為兩路分別傳輸給Virtex-4 FX12 Mini Module芯片及AD9910芯片，功率放大器采用Hittite公司的HMC474，上混頻器采用 Hittite公司的HMC915LP4，并在HMC474的后一級采用截止頻率300MHz的模擬低通濾波 器來濾除功率放大器所必然產生的噪聲，電源管理模塊主要包括產生+5V、+3. 3V、+2. 5V、 +1.8V和+1.2V的線性穩壓器芯片，將外接電源電壓轉換為各部件所需的電壓。整個裝置的 硬件結構如附圖2所示。使用上述產生調頻連續波信號時，首先通過計算機上的事先編寫好的控制界面分 別輸入調頻連續波信號的起始頻率、截止頻率、調頻周期等控制參數，計算機通過千兆以太 網將上述數據送給FPGA進行數據處理，同時計算機也可以通過千兆以太網接收FPGA處理 信號，并進行數據處理。因此，我們可以通過計算機軟件界面方便的設置所需信號形式(三 角波或鋸齒波)，在允許的范圍內進行相應的修改，自由設定。FPGA接收到上層計算機的數據后通過內部編程操作將其轉化為數字頻率合成器 AD9910的各種控制信號，包括SCLK信號(時鐘信號)、SDATA (串行數據)、RESET (復位信 號)、UPDATA (數據更新信號)、CS (片選信號)、DRCTL (掃頻控制信號)等。產生的上述控制 信號通過FPGA的IO 口分別于AD9910的對應引腳相連接，AD9910在上述控制信號的作用下現將其寫入到內部自帶的寄存器中，首先根據控制字將外部的時鐘輸入信號倍頻到系統 工作時鐘頻率1GHz，芯片在IGHz的系統時鐘頻率下根據事先設置好的控制字生成相應的 信號頻率和幅度。AD9910產生的信號通過差分引腳輸出，通過射頻變壓器將其轉化為單端信號。為 了后面電路的需求需要加一個功率放大器，采用Hittite公司的HMC474，輸出可以達到 SdBm (如需更大信號功率可以更換其他放大器芯片)。由于使用了功率放大器，該放大器的 最大增益達到15dBm，因此必然會引入噪聲，需要在后一級增加一級濾波器電路，本具體實 施方式采用截止頻率300MHz的定制模擬低通濾波器，經過濾波后的信號頻譜純凈。濾波后的信號與來自TR組件的IGHz的信號通過上混頻器HMC915LP4上混頻，混 頻后信號輸出的頻率范圍為1. 05GHz到1. 25GHz，經過帶通濾波器濾除其高頻分量和低頻 分量，保留所需信號頻率。此時產生的信號已可滿足需求，可將該信號送入雷達TR組件的 輸入端，供TR組件使用。整個連續波信號產生過程如附圖3所示。由于毫米波雷達的距離分辨率為AR=C/2B，C為光速，B為帶寬。要求雷達距離分 辨率小于0. 8m，所以B=187. 5MHz，綜合各方面的因素考慮選擇帶寬為200MHz。所以選取的 信號的頻率范圍為50MHz到250MHz，200MHz的信號帶寬。而本實用新型裝置可以產生的信 號頻率范圍為從0到400MHz，在此頻率范圍內可以產生任意帶寬的線性調頻連續波信號， 所以完全滿足線性調頻連續波雷達所需的信號頻率范圍。本實用新型裝置在低頻段產生高 精度、高分辨率和高線性度的線性調頻信號，然后將低頻線性調頻信號上變頻至微波段，從 而大大提高了微波段調頻信號的線性度和精度。
權利要求1.一種寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，該裝置包括信號產生控制模 塊、電源供電模塊、上變頻模塊以及信號調理電路；所述信號產生控制模塊包括控制器及與 該控制器信號連接的數字頻率合成器；所述上變頻模塊包括上混頻器和帶通濾波器，上混 頻器的輸出端和帶通濾波器的輸入端相連；所述信號調理電路包括順次信號連接的射頻變 壓器、功率放大器、模擬低通濾波器；其中數字頻率合成器的輸出與射頻變壓器的輸入相連 接，模擬低通濾波器的輸出與上混頻器的輸入相連接；電源供電模塊用于各部件的供電。
2.如權利要求1所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，所述控制器為 FPGA0
3.如權利要求2所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，所述信號產生 控制模塊還包括一個外接晶振，該晶振發出的時鐘信號經功分器分為兩路分別傳輸給FPGA 及數字頻率合成器。
4.如權利要求3所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，所述外接晶振 的截止頻率為IOOMHz。
5.如權利要求4所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，所述模擬低通 濾波器的截止頻率為300 MHz0
6.如權利要求2所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，該裝置的控制 參數通過與所述FPGA的輸入端相連接的計算機輸入。
7.如權利要求6所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，所述計算機通 過以太網與FPGA連接。
8.如權利要求1至7任一項所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，所述 數字頻率合成器為AD9910芯片。
9.如權利要求2至7任一項所述寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，其特征在于，所述 FPGA 為 Virtex-4 FX12 Mini Module 模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種寬頻線性調頻連續波信號產生裝置，用于毫米波測速測距雷達的信號源部分。該裝置包括信號產生控制模塊、電源供電模塊、上變頻模塊以及信號調理電路；所述信號產生控制模塊包括控制器及與該控制器信號連接的數字頻率合成器；所述上變頻模塊包括上混頻器和帶通濾波器，上混頻器的輸出端和帶通濾波器的輸入端相連；所述信號調理電路包括順次信號連接的射頻變壓器、功率放大器、模擬低通濾波器；其中數字頻率合成器的輸出與射頻變壓器的輸入相連接，模擬低通濾波器的輸出與上混頻器的輸入相連接；電源供電模塊用于各部件的供電。相比現有技術，本實用新型具有信號線性度好、輸出帶寬較寬、結構簡單、穩定可靠的優點。
文檔編號G01S7/35GK201926758SQ201020668799
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者孫勇, 施春榮, 王秀濤, 顧冬梅 申請人:南京鵬力科技有限公司