一種射頻信號干擾器的設(shè)計
摘要:為了測試電子設(shè)備的抗干擾能力,設(shè)計了一種射頻信號干擾器,可用于產(chǎn)生406 0~406.1 MHz范圍內(nèi)的隨機(jī)干擾、點頻干擾和掃頻干擾信號。設(shè)計采用了直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù),通過單片機(jī)對DDS芯片的控制,可靈活產(chǎn)生需要的干擾頻率。
本文引用地址:http://2s4d.com/article/201610/306450.htm隨著電子設(shè)備的使用越來越普遍,電子設(shè)備之間的干擾問題也越來越突出,特別是通信設(shè)備的干擾問題,這使得電路工程師在電子產(chǎn)品的設(shè)計過程中不得不考慮設(shè)備的抗干擾問題,并且有必要對通信設(shè)備的抗干擾能力進(jìn)行測試。文中介紹的射頻信號干擾器可用于測試通信設(shè)備的抗干擾能力,能夠產(chǎn)生如下3種干擾:
1)隨機(jī)干擾。在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生頻率隨機(jī)的干擾信號,湮沒目標(biāo)頻率,也會降低信噪比,形成對正常通信的壓制。
2)點頻干擾。在已知目標(biāo)頻率的情況下,瞄準(zhǔn)目標(biāo)頻率輸出干擾信號,產(chǎn)生對目標(biāo)通信的壓制效果。
3)掃頻干擾。在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行頻率掃描,當(dāng)干擾信號頻率與通信頻率的碰撞概率達(dá)到一定數(shù)值時,就會影響通信的信噪比,導(dǎo)致誤碼率增加,產(chǎn)生有效干擾。
射頻信號干擾器的設(shè)計基于DDS技術(shù)和鎖相環(huán)(PLL)技術(shù),通過單片機(jī)進(jìn)行控制,能夠產(chǎn)生分辨率極高的干擾頻率,控制方便、靈活。
1 硬件電路設(shè)計
射頻信號干擾器原理框圖如圖1所示,當(dāng)微波開關(guān)接通406.0~406.1 MHZVCO時,輸出隨機(jī)干擾噪聲;當(dāng)微波開關(guān)接通BPF時,輸出點頻干擾或掃頻干擾噪聲。
1.1 隨機(jī)干擾
基帶噪聲信號源的隨機(jī)電壓噪聲施加到VCO的電壓控制端,產(chǎn)生噪聲調(diào)頻信號。406.0~406.1 MHzVCO輸出信號的頻率表示為:
ωVCO=ω0+KVCO(V0+Anu(t)) (1)
式中:ω0為控制電壓為零時VCO輸出頻率,KVCO為VCO電壓控制增益,V0為直流控制電壓,An為噪聲放大電路增益,u(t)為基帶噪聲信號。
當(dāng)微波開關(guān)選通隨機(jī)噪聲輸出時,輸出信號為
V0(t)=KSKAUVCOcos(ω0+KVCO(V0+Anu(t)) (2)
式中:KS為微波開關(guān)增益,KA為放大器增益,UVCO為VCO輸出信號幅度。干擾機(jī)的輸出為調(diào)頻噪聲,噪聲幅度為KSKAUVCO,噪聲的中心頻率為ω0+KVCOV0,噪聲頻譜的范圍取決于Anu(t)的幅度。
1.2 點頻干擾與掃頻干擾
點頻干擾與掃頻干擾通過單片機(jī)控制DDS專用芯片AD9852實現(xiàn),AD9852具有功耗低,相位累加器位數(shù)高,可產(chǎn)生高頻率的正弦波等優(yōu)點。
DDS輸出頻率:
f0=KF×fc/2N (3)
其中,KF為頻率控制字,fc為外部參考時鐘的頻率,N為DDS相位累加器位數(shù)。AD9852的頻率控制字為48bit,即N=48。
輸出頻率分辨率由下列公式?jīng)Q定:
△f=fc/2N (4)
根據(jù)Nyquist定理,DDS外部參考時鐘頻率至少是輸出頻率的2倍(fo/2),但工程應(yīng)用中,一般將參考頻率設(shè)為最高輸出頻率的5倍以上。本設(shè)計中參考頻率為97.5MHz,將的值代入式(4),得DDS輸出信號的頻率分辨率為3.5 x 10-7Hz。
AD9852內(nèi)置12bit DAC,其輸出模擬信號頻譜中除fo外還帶有fc、fc±fo等頻率分量(fc-fo的頻率最低),需設(shè)計一個LPF將其濾除,此處采用了圖2所示的七階Butterworth低通濾波器,對該濾波器使用ADS仿真的結(jié)果如圖3所示,81 MHz處的衰減達(dá)到-80.683 dB。
2 軟件設(shè)計
AD9852的控制一般采用SPI口,普通的MCS51單片機(jī)不帶SPI口,需要用P1口模擬SPI口,并提供IO UD CLK和FSK信號。
AD9852提供了5種工作模式:Single tone、FSK、Ramped FSK、Chirp、BPSK。Single tone模式輸出單一頻率,Ramped FSK模式和Chip模式可以產(chǎn)生掃頻信號,本設(shè)計采用Ramped FSK模式,輸出頻率的波形如圖4所示。
單片機(jī)軟件主程序流程圖如圖5所示。單片機(jī)通過微波開關(guān)來選擇隨機(jī)干擾模式或點頻干擾/掃頻干擾模式,通過向DDS寫控制字來控制DDS的輸出模式。對式(3)進(jìn)行變換得到頻率控制字:
KF=fo×2N/fc (5)
例如,輸出頻率為16.0 MHz時,KF=46 190 765 408 928=(2A02A02A02A0)16。
3 測試結(jié)果
對干擾器的3種干擾模式分別進(jìn)行測試,得到的結(jié)果如圖6(a)~(c)所示,其中圖6(b)是使用頻譜儀的最大保持功能記錄到的頻率掃描軌跡。測試結(jié)果滿足要求。
4 結(jié)論
文中介紹的干擾器能夠產(chǎn)生3種干擾信號:隨機(jī)干擾、點頻干擾和掃頻干擾,其中點頻干擾和掃頻干擾是基于單片機(jī)對DDS芯片AD9852的控制產(chǎn)生,整個系統(tǒng)的控制靈活、高效。測試結(jié)果表明,系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確產(chǎn)生所需要的干擾信號,滿足抗干擾性能測試的需要。雖然本設(shè)計產(chǎn)生的干擾信號位于406 MHz頻段,但這樣的電路結(jié)構(gòu)也可用于其它頻段(需修改VCO、PLL等電路),例如手機(jī)通信頻段,因此本電路結(jié)構(gòu)對其它頻段的應(yīng)用同樣具有借鑒意義。
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