技術分享:DDS技術萌生射頻信號幹擾器
發布時間:2015-04-13 責任編輯:echolady
【導讀】電(dian)子(zi)設(she)備(bei)功(gong)能(neng)及(ji)性(xing)能(neng)的(de)增(zeng)加(jia)同(tong)時(shi)也(ye)帶(dai)來(lai)了(le)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti),尤(you)其(qi)是(shi)通(tong)信(xin)設(she)備(bei)的(de)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)日(ri)益(yi)嚴(yan)重(zhong),因(yin)此(ci)不(bu)得(de)不(bu)考(kao)慮(lv)設(she)備(bei)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)以(yi)及(ji)對(dui)通(tong)信(xin)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)抗(kang)幹(gan)擾(rao)測(ce)試(shi),本(ben)文(wen)闡(chan)述(shu)了(le)基(ji)於(yu)基(ji)於(yu)DDS技術和單片機設計的射頻信號幹擾器 ,詳細分析了其電路設計。
文中介紹的幹擾器能夠產生3種幹擾信號:隨機幹擾、點頻幹擾和掃頻幹擾,其中點頻幹擾和掃頻幹擾是基於單片機對DDS芯片AD9852的控製產生,整個係統的控製靈活、高效。測試結果表明,係統能夠準確產生所需要的幹擾信號,滿足抗幹擾性能測試的需要。雖然本設計產生的幹擾信號位於406 MHz頻段,但這樣的電路結構也可用於其它頻段(需修改VCO、PLL等電路),例如手機通信頻段,因此本電路結構對其它頻段的應用同樣具有借鑒意義。
文中介紹的射頻信號幹擾器可用於測試通信設備的抗幹擾能力,能夠產生如下3種幹擾:
1)隨機幹擾。在目標頻率範圍內產生頻率隨機的幹擾信號,湮沒目標頻率,也會降低信噪比,形成對正常通信的壓製。
2)點頻幹擾。在已知目標頻率的情況下,瞄準目標頻率輸出幹擾信號,產生對目標通信的壓製效果。
3)掃(sao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)。在(zai)目(mu)標(biao)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)進(jin)行(xing)頻(pin)率(lv)掃(sao)描(miao),當(dang)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)與(yu)通(tong)信(xin)頻(pin)率(lv)的(de)碰(peng)撞(zhuang)概(gai)率(lv)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)數(shu)值(zhi)時(shi),就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)通(tong)信(xin)的(de)信(xin)噪(zao)比(bi),導(dao)致(zhi)誤(wu)碼(ma)率(lv)增(zeng)加(jia),產(chan)生(sheng)有(you)效(xiao)幹(gan)擾(rao)。
射頻信號幹擾器的設計基於DDS技術和鎖相環(PLL)技術,通過單片機進行控製,能夠產生分辨率極高的幹擾頻率,控製方便、靈活。
1 硬件電路設計
射頻信號幹擾器原理框圖如圖1所示,當微波開關接通406.0~406.1 MHZVCO時,輸出隨機幹擾噪聲;當微波開關接通BPF時,輸出點頻幹擾或掃頻幹擾噪聲。

圖1硬件係統原理框
1.1 隨機幹擾基帶噪聲信號源的隨機電壓噪聲施加到VCO的電壓控製端,產生噪聲調頻信號。406.0~406.1 MHZVCO輸出信號的頻率表示為:
ωvco=ωo+Kvco(Vo+Anu(t)) (1)
式中:ωo為控製電壓為零時VCO輸出頻率,Kvco為VCO電壓控製增益,Vo為直流控製電壓,An為噪聲放大電路增益,u(t)為基帶噪聲信號。
當微波開關選通隨機噪聲輸出時,輸出信號為
Vo(t)=KSKAUvcoCOS(ωo+Kvco(Vo+Anu(t)) (2)
式中:KS為微波開關增益,KA為放大器增益,Uvco為VCO輸出信號幅度。幹擾機的輸出為調頻噪聲,噪聲幅度為KSKAUvco,噪聲的中心頻率為ωo+Kvco(Vo,噪聲頻譜的範圍取決於Anu(t)的幅度。
1.2 點頻幹擾與掃頻幹擾
點頻幹擾與掃頻幹擾通過單片機控製DDS專用芯片AD9852實現,AD9852具有功耗低,相位累加器位數高,可產生高頻率的正弦波等優點。
DDS輸出頻率:
f0=KF×fc/2N (3)
其中,KF為頻率控製字,fc為外部參考時鍾的頻率,Ⅳ為DDS相位累加器位數。AD9852的頻率控製字為48bit,即N=48。
輸出頻率分辨率由下列公式決定:
Δf=fc/2N (4)
根據Nyquist定理,DDS外部參考時鍾頻率至少是輸出頻率的2倍(f0/2),但工程應用中,一般將參考頻率設為最高輸出頻率的5倍以上。本設計中參考頻率為97.5MHz,將的值代入式(4),得DDS輸出信號的頻率分辨率為3.5 × 10-7Hz。
[page]
AD9852內置12bit DAC,其輸出模擬信號頻譜中除f0外還帶有fc、fc±f0等頻率分量(fc一f0的頻率最低),需設計一個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仿真的結果如圖3所示,81 MHz處的衰減達到- 80.683 dB。

圖2七階Butterwoth低通濾波器

圖3濾波器仿真結果
2 軟件設計AD9852的控製一般采用SPI口,普通的MCS51單片機不帶SPI 13,需要用P1 13模擬SPI口,並提供IOUD 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模式可以產生掃頻信號,本設計采用Ramped FSK模式,輸出頻率的波形如圖4所示。

圖4 Ramped FSK模式輸出波形

圖5軟件主程序流程圖
單片機軟件主程序流程圖如圖5所示。單片機通過微波開關來選擇隨機幹擾模式或點頻幹擾,掃頻幹擾模式,通過向DDS寫控製字來控製DDS的輸出模式。對式(3)進行變換得到頻率控製字:KF=f0 × 2N/fc (5)
例如,輸出頻率為16.0 MHz時,KF = 46 190 765 408928=(2A02A02A02A0)16。
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