一种便携式可遥控信号发生器的设计,本文是信号发生器类论文范文检索和信号发生器和遥控和便携式类在职研究生论文范文.
信号发生器论文参考文献：
【摘 要】 信号发生器是电子测量领域内的重要仪器,提供电子线路校试或系统联调时所需的各种制式信号,根据外场试验的应用背景,本文研制了一款便携式可遥控信号发生器.该信号发生器能产生覆盖短波、超短波的定频、跳频信号,最大输出功率可达到15dBm,特别是该仪器具有体积小、重量轻、功耗低等优点,并可采用无线远程遥控的方式实现对仪器相关设置,同时使用外置的14.4V/10AH 锂电池可满足仪器连续工作时间超过4 小时,十分适合充当野外各种试验的信号源.
【关键词】 信号发生器 激励器 上变频器 无线传输模块
A Design of Portable Remote Control Signal Generator
Zhan Wei(Tongfang Industrial Co., Ltd, Beijing 100083,china)
Abstract: Signal generator is an important instrument in electronic measurement field, which provides various types of signalelectronic circuit calibration or systematic test required, according to the application background of field tests, this paper developeda portable remote control signal generator. The signal generator can generate coverage shortwe, ultrashort we signal, includingfixed and hopped frequency, the maximum output power can reach 15dBm, especially, the instrument has the advantages ofall volume, light weight and low power consumption, the instrument can be set by using wireless tranission module, and thecontinuous working time can be more than 4 hours by using an external 14.4V/10AH lithium battery, it is very suitable for signalsource of various field tests.
Keywords: signal generator exciter up convertor wireless tranission module
引言
信号发生器是电子测量领域内的重要设备,通常昂贵,体积较大,它的主要功能是负责提供电子线路校试或系统联调时所需要的各种制式信号,信号质量直接关联到测试结果的准确度与精度,目前业界内公认以德国罗德与施瓦茨公司和美国安捷伦公司的信号发生器为最高技术水准.
在需要进行外场试验的场合中,诸如无线电监测测向系统调试、天线远场性能测试等,通常会遇到仪器缺乏市电支持,携带不方便等困难,特别是若需要对信号发生器幅度、频率等参数进行修改操作时,因信号发射地与接收地相距较远,必须在信号发射端配备操作人员,且仍需要借助对讲机等第三方通讯手段进行沟通才能使得收发两地的需求相匹配.这显得非常的费时费力,为此,我们开发了这款便携式信号发生器,在具备常规信号发射功能的基础上,可实现远程遥控操作,也无需市电支持,简单易用.
一、系统工作原理
便携式遥控信号发生器系统主要由主控计算机、无线传输模块( 自带收发天线)、信号发生器、短波、超短波发射天线等组成,图1 示意了该系统的组成框图.从图中可以很清楚的得到其工作原理: 与主控计算机相连的无线传输模块为遥控信号的发射端,二者通过RS232 串口通信,同时,该端无线传输模块依靠主控计算机上的USB 口完成供电,通过上位机界面完成设置频率、幅度控制、信号源开关等相关命令的下发；与信号发生器相连的无线传输模块为遥控信号接收端,二者同样经串口通信,信号发生器提供该模块工作所需的电源,其接收到的各种命令被信号发生器内部的激励器单元解析执行,产生的激励信号经短波/ 超短波天线辐射出去.
二、仪器各部分电路实现
作为该系统核心的信号发生器主要由激励器单元、上变频器单元及电源单元三部分组成,其相互连接关系如图2 所示.无线传输模块接收到相关命令之后,对于短波输出而言,激励器直接产生输出信号,只需将信号推挽放大至15dBm即可,对于超短波输出而言,激励器输出的是基带信号,需通过上变频的方式来将信号搬移到设置的频率上再放大至天线端.
2.1 激励器
信号发生器中的激励器单元负责提供基带定频、跳频信号的产生,整个硬件电路由FPGA 模块、DSP 模块和DDS 模块三部分组成,系统工作时钟采用恒温晶振58.4MHz,激励器电路组成框图如下：
其中DDS 芯片采用美国ADI 公司的AD9957,其在单芯片上集成了高速直接数字频率合成器、高性能、14 位数模转换器、时钟乘法器电路和数字滤波器.激励器接收到遥控信号的指令后,FPGA 芯片将数据进行串并变换后送给DSP,DSP 则根据输入的信息产生相应的频率控制字,对于跳频信号,根据预设的跳频图案产生跳频控制字,再由FPGA 转发给AD9957,经滤波放大实现基带信号的产生.
2.2 上变频器
上变频器单元在信号发生器中的主要作用是：在短波频段,直接将激励信号幅度推挽放大并输出到短波天线,在超短波频段,激励器输出在70MHz 附近,因此,需将激励信号上变频至设定的输出频率上且提供一定的增益,其实质是超外差通信接收机中的下变频过程的逆向使用.对于本系统的研制而言,其基本框图如图4 所示.
根据上述原理框图进行器件选型时,虽整个链路的增益只有5dB,但需特别注意每级器件的输出1dB 压缩点,避免中间混频放大过程中发生信号压缩现象.同时,因超短波频段输出范围较宽,对器件的幅度响应的平坦度要求较高,并且系统在最终联调时,采用软校正的办法对全频段输出信号幅度进行修正.
在图4 当中完成基带激励信号的上变频过程中,需采用两个本振信号,其中二本振采用固定点频的形式,既可以保证良好的相位噪声,又不存在制约换频时间的因素,因激励器单元已完成基带输出信号的小步进,故一本振只需采用简单的单锁相环电路实现大步进,在保证宽带输出和低杂散的同时,换频时间也较为合适.
2.3 无线传输模块
遥控信号发生器系统中使用的无线传输模块选用的是鼎泰克电子DRF2617A 模块.该模块的主芯片CC2530F256 是TI 公司最新一代ZigBee SOC 芯片,其无线通信协议是基于Zigbee2007,在可视、开阔的应用环境中,传输距离可达到1600 米, 传输信号的载波频率为2.4GHz,也可通过串口命令在2405 ～ 2480MHz( 步长5MHz) 范围内更改频道.该模块在进行组网时,需指定一个主节点和若干个从节点,可通过自带软件进行设置,同时,模块的接收灵敏度较高,供电方式简单,体积较小,只是为了适应遥控信号发生器系统在野外环境中的使用需求,特别对无线传输模块保护外壳重新进行了设计,以期达到防淋雨的目的.
2.4 操作界面设计
图5 给出了本系统的上位机操作界面,当按照组成原理框图连接好系统之后,即可通过该界面遥控操作信号发生器,十分的方便与快捷.系统设置的信号最大输出幅度为15dBm,对于定频而言,只需要设置输出频率和幅度衰减值即可,对于跳频来说,还需要设置跳频频率集,可以通过设置中心频率、频率步进和频点个数来确定.在短波输出波段,跳频信号最大跳速可达100H/S,超短波频段最大跳速可达1000H/S,该指标可以通过调制域分析仪测试得到.界面上的电源查询命令周期性的下发,可实时监控锂电池的电量余额.
2.5 仪器性能分析
通过上面对整个系统各个关键模块的分析,便携式遥控信号发生器整机能达到的性能指标为：输出频率短波段1.5 ～ 30MHz、超短波频段30 ～ 3000MHz； 频率分辨率100Hz；相位噪声≤ -90dBc/Hz @10kHz；幅度衰减范围0 ～ 60dB；最大跳频频率集256 个；短波最大跳频带宽为500kHz、超短波最大跳频带宽为20MHz；通过户外实验确定遥控有效距离超过500 米；在采用外置的14.4V/10AH 锂电池的情况下设备能连续工作时间超过4 小时.在使用中需注意的是,因无线传输模块的载波频率在2405 ～ 2480MHz 之间,若信号发生器的输出频率也集中于此,有可能对遥控信号接收端的无线传输模块产生同频干扰而影响操作命令的有效下发,因此,信号发生器的输出频段应规避此区间.
三、 结束语本文基于外场实验使用的需求背景研制了一款便携式可遥控信号发生器系统,该系统操作便捷,可有效提高测试工作效率.目前,该信号发生器的激励信号体制仅局限于CW,下一版改进设计当中应考虑增加信号的调制样式,并进一步提高跳频信号的跳速与跳频数量集.最后,由于无线传输模块具备广播组网能力,因此,在需要多信号源同时工作的场合该系统具备相应扩展能力,其潜在的应用价值较高.
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