四相调制(QPSK)发射机的设计

分享到:

以往在空空导弹遥测中多采用PCM/FM 体制,发射机为调频方式,多工作于锁相调频方式。某低空炮弹遥测系统为提高抗地面多径干扰的能力,采用了直序扩频调制,需要使用四相调制(QPSK)发射机。该发射机与信号采集电路采用数字接口,利用双路差分输出数/模转换电路AD9761产生基带I/Q信号,利用ADF4360-1锁相环产生差分本振信号,利用AD8346进行差分正交调制,采用差分电路提高了系统性能,降低了本振泄漏,采用射频放大芯片HMC478和HMC457将信号放大到29 dBm。经测试功率输出端的信号调制矢量误差(EVM)为5%。该发射机已经参与遥测系统试验,结果证明工作稳定。

1 发射机常用调制方式

发射机调制方式常用中频调制和射频直接调制2种方式。中频调制是在较低的中频上进行调制后,再通过混频等频率变换,把该中频信号搬移到需要的发射载波频率上去。对射频的直接调制是在需要发射的射频频率上进行的,直接把基带信号调制到射频载波频率上,没有变频环节。两种调制方式各有优缺点,主要对比见表1。

由于中频调制一般是在较低的频率上进行的,调制器的选择范围大,易于实现,并且由于变频环节的存在,对调制的直流分量和载波泄露都有较好的抑制。但因采用了变频环节,所以相对直接射频调制需要增加混频器、滤波器和一级本振,提高了系统复杂度,增加了系统成本,可靠性也有所降低。同时由于中频频率较低,难以实现较高的调制带宽。

射频直接调制的方法具有系统简单可靠,调制带宽宽,器件少,成本低等优点,比较适合高数据率、小体积等场合的应用需要。但存在适应载波频率受限,载波泄露较大,对本振要求要较高等问题,在对载波泄漏、带外衰减的要求严格时难以满足指标要求。

2 发射机设计

本系统工作在遥测专用的S波段,一般情况下用户数有限,对于载波泄漏和带外衰减要求不太严格,而本系统关键问题是遥测舱可用空间小,需要抗很强的炮弹发射过载,因此本方案选用射频直接调制方式。本发射机本振和I,Q信号都采用差分输出方式,利用差分接口的调制器实现调制,较好地抑制了电路中的共模干扰。图1为发射机原理框图。基带信号经滤波对射频本振进行调制,而后经射频放大、低通滤波器除谐波输出。

2.1 数字接口设计

因前端数字电路可直接输出差分的I,Q数字信号,因此设计初期在发射机中未设计数字接口电路,直接由前端数字电路输出的差分I,Q信号对射频本振进行正交调制,但经实际试验,调制特性太差,主要原因在于数字电路输出与调制器难以匹配。因此对其进行了改进,在发射机内加入了由AD9761双路差分输出 DAC构成的接口电路。该电路具有40 MSPS转换速率(单路40 MSPS)、10 bit DAC、双路差分转换输出,并

且具有2倍采样插值滤波功能。该电路输出为电流模式,能够实现与调制器的良好匹配。

2.2 基带滤波电路设计

符号速率为1 MHz的随机序列频谱如图2所示。对信号进行滤波可以对边带信号进行抑制,减小带宽的占用。如果采用模拟滤波则需要的滤波器阶数很高,这会增大滤波器的体积,降低环境的稳定性。采用数字滤波技术可以很方便地实现高阶滤波,对近端带外信号进行抑制,降低对模拟滤波器的要求。本方案采用的数字接口电路是具有2 倍采样43阶FIR的低通插值滤波电路,相当于增加了滤波器,阻带抑制达到62 dB,因此调制输出的信号频谱特性得到了很大改善,通带外的近端频谱得到了很大抑制,对于高于转换时钟的频率,其滤波特性的周期性折叠。图3为经过插值数字滤波后的频谱与原频谱的对比,数字插值滤波电路的阻带抑制使模拟滤波器有较宽的过渡带,电路要求得以降低。

为简化电路,本方案采用了较简单的RC滤波电路,旁瓣抑制达到40 dB。

2.3 本振设计

本振电路产生射频本振信号。由于正交相位调制对本振信号的性能要求较高,且本系统中采用直接射频调制,为达到一定的载波泄漏控制,应选择差分输出的本振电路。本方案选用ADF4360-1集成锁相环(PLL)电路产生射频本振。ADF4360-1是AD公司的一款集成VCO的完整锁相环芯片,体积小,使用方便,性能可靠等特点。封装仅有4 mm×4 mm,能够输出2 050~2 450 MHz的射频信号,采用3线串行接口控制。

2.4 调制电路

调制电路主要完成直接射频调制功能。它采用经过滤波的双路差分调制信号对射频本振进行调制。本设计选择了AD公司生产的正交调制器AD8346,它是一款宽频段正交调制器,工作频段为800~2 500 MHz,具有调制精度高,噪声电平低等特点,其相位误差为1°,I,Q幅度不平衡度为0.2 dB,噪声电平为-147 dBm/Hz。本项目使用频率为2.2~2.3 GHz,通过合理电路布局和端口匹配,达到了较好的调制效果,实测矢量调制误差为2%~3%。

2.5 放大电路

由于射频调制后信号幅度较小,所以必须进行有效的放大,以达到需要的功率。在本方案中采用了两级射频放大器,第一级采用HMC47 8MP86,第二级采用HMC457QS16G,两级放大器的输入输出为50 Ω匹配,HMC478的增益高,噪声系数低,线性度好;HMC457的输出功率大,其1 dB压缩输出可达30.5 dBm。两级放大器的增益共有41 dB,扣除级间匹配等损失,最终输出29 dBm。两级放大器都是Hittite公司的工业级产品,可以满足-40~+85℃的温度环境,并且都采用表面贴装的封装形式,抗冲击振动能力强。

2.6 射频滤波电路设计

射频放大电路不可避免存在一定的非线性,会产生工作频率的谐波,为降低带外辐射,减小对其他系统的干扰,设计了微带低通滤波电路,对谐波进行抑制。

2.7 电源设计

电源电路用于将12 V非稳压输入转化为发射机各部件使用的5 V和3.3 V电压。其中5 V为接口电路和放大电路供电,因耗电较大,而选择了DC/DC转换电路,以达到较高的转换效率;3.3 V用于锁相本振电路,采用线性稳压电路通过对5 V降压得到,以降低纹波。在设计中分别采用了LT公司的LT3431和LT1962。在印制板布线时为减小电源纹波,对电源布线进行了详细的优化。

3 设计结果

本项目在一片φ75 mm的电路板上完成了电路设计,装配完成后进行了级间匹配调整。最终达到的指标是:本振相位噪声为-95dBc/Hz@1 kHz;本振杂散抑制为72 dBc;输出信号功率为29 dBm;输出信号EVM为5.5%。

4 结语

本发射机已研制完成,通过高低温、冲击、振动等环境试验,参与了某低空遥测系统实弹发射试验。在整个过程中,发射机的工作稳定可靠,可以达到设计目标。

继续阅读
没有发射机也叫雷达?无源雷达了解一下!

无源雷达( passive radar),是指这种雷达没有辐射源,它是借用空间已有的电波,照射到目标所形成的回波来探测目标。

浅谈超宽带互联及调制方式

UWB技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制,使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题,它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。1超宽带信号及其特点美联邦通信委员会(FCC)规定:部分带宽号称为UWB信号。其中,部分带宽为信号功率谱密度在-10dB处测量的值。

802.11/a/b/g /n WLAN发射机性能

802.11/a/b/g /n WLAN发射机的性能会直接影响产品质量。在当今WLAN产品市场空间拥挤、利润微薄的情况下,提高质量无疑会使产品更具特色并增加其销售量,还能减少退货并提高生产效益以及收益率。但是,发射机的性能很容易受到RF部分的设计选择、电路板布局及其实现方式、元件的变化及更替等因素的影响,并且会由于802.11a/b/g/n标准所要求的调制类型和频带的不同而变得更加复杂。

射频功率放大器进阶篇-线性度和效率之间的永恒矛盾

“世上安得双全法,不负如来不负卿”,这是六代达赖喇嘛仓央嘉措的情诗。对,世界上的所有事情都是矛盾统一的,连我们的功放设计也莫若如此。如何讲?且听RF君慢慢道来。

空间中心成功研制出X波段高码速率微波调制器

随着空间应用技术的进步,卫星对地数传速率的需求越来越高,对于数传核心器件—微波调制器的码速率要求也越来越大。为解决新阶段新问题,空间中心综合电子室迎难而上,研制出能够替代进口的国产高码速率调制器,摆脱了高码速率调制器只能进口的限制。