CN115913223A - 一种信道化分布式频综系统及信号产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种信道化分布式频综系统，包括：基准信号产生模块，产生基准信号，输入至多频频综信号产生模块；多频频综信号产生模块，对基准信号进行处理生成参考信号，基于参考信号产生多频频综信号；信号分配模块，用于将多频频综信号分配至N个分布式需求节点；N个分布式需求节点，通过滤波器提取出所需频率的频综信号。本发明提出的信道化分布式频综系统在同一时刻，分布式系统中各需求节点可获取不同频率的频综信号；保持了信道化微波系统中各分布式需求节点所使用的频综信号的相位相关性。

Description

一种信道化分布式频综系统及信号产生方法

技术领域

本发明涉及射频微波技术领域，特别涉及一种信道化分布式频综系统及信号产生方法。

背景技术

在分布式系统中，作为本振或时钟的频综信号是不可或缺的重要信号，多个频综信号之间的相位相关特性(表现为同频信号之间相位差的稳定性和非同频信号之间相位差的匀速变化)对分布式系统性能有重要影响。为了保持多信号之间的相位相关性，传统方式是产生统一的频综信号，功率分配后供给各需求节点使用，但该方法的局限是：在同一时刻各需求节点获取的频综信号频率相同，系统应用受到限制。例如《一种大型分布式阵列雷达频率与相位同步》(刊载于《雷达科学与技术》2017年01期)中，采用光传输方式将频综信号分配至各需求节点，保证了需求节点与频综信号产生节点之间的频综信号指标高度一致，但各需求节点在同一时刻仍采用相同频率的频综信号，属于传统分发方案。采用统一基准，在各需求节点处采用分布式锁相环产生所需频综信号的方法，可以满足同一时刻各频综信号需求节点获取不同频率的频综信号，但各频综信号的相位相关性又很难保证。例如《数字相控阵雷达同步技术研究与实现》(刊载于《现代导航》2021年05期)所述“其次，在数字子阵内部采用分布式锁相环提供工作时钟，保证输入基准时钟和工作时钟的相位一致。并且实时监控其相位关系。由于基准时钟作为同步分频起始，因此该时钟具有很大的影响，监控过程中出现问题，需要主动调整”。首先“保证输入基准时钟和工作时钟的相位一致”在软硬件实现中有很大困难，其次“监控过程中出现问题，需要主动调整”需要额外的传感和控制资源开销且效果有限。还需要注意到：与本振信号相比，数字时钟的频率相对较低，对频率更高的本振信号甚至毫米波本振信号而言，该方法实现难度很大，或根本无法实现预期效果。

另一方面，随着超宽带采样技术的进步，信道化微波系统快速发展并逐渐广泛应用。利用信道化系统的频综信号需求特性，结合分布式频综架构的优化，可实现既可以保持多路频综信号之间相位相关性，又可以在同一时刻为各需求节点提供非同频频综信号的分布式频综架构。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提供了一种信道化分布式频综系统及信号产生方法，应用于信道化微波系统、可以保持多路频综信号之间相位相关性。

本发明采用的技术方案如下：一种信道化分布式频综系统，包括：

基准信号产生模块，产生基准信号，输入至多频频综信号产生模块；

多频频综信号产生模块，对基准信号进行处理生成参考信号，基于参考信号产生多频频综信号；

信号分配模块，用于将多频频综信号分配至N个分布式需求节点；

N个分布式需求节点，通过滤波器提取出所需频率的频综信号。

进一步的，所述多频频综信号产生模块包括基准信号处理模块与直接频率合成模块，基准信号处理模块用于对基准信号进行处理，生成参考信号；直接频率合成模块基于参考信号采用直接频率合成方式产生多频频综信号。

进一步的，所述基准信号处理模块采用分频/倍频电路或锁相环产生所需频率的参考信号。

进一步的，所述直接频率合成模块采用梳线谱发生器实现，参考信号输入梳线谱发生器中，直接产生所需多频频综信号。

进一步的，所述直接频率合成模块采用谐波发生模块、混频模块以及滤波模块实现，基准信号处理模块产生两种参考信号，分别输入到谐波发生模块和混频模块，谐波发生模块输出的信号经滤波后输入到混频模块，混频模块将输入的参考信号与谐波发生模块多次输出的信号进行混频并滤波，得到多频频综信号。

进一步的，所述信号分配模块采用一入多出功分形式或链式功分形式实现。

进一步的，所述一入多出功分形式由N路功分器实现，输出通道数量与分布式需求节点数量相同。

进一步的，所述链式功分形式由N-1个一分二功分器实现，多频频综信号输入至第一个一分二功分器输入端，每个一分二功分器一路输出至分布式需求节点，另一路输出至下一个一分二功分器的输入端；每个一分二功分器输出的分布式需求节点不重复。

本发明提出了一种基于上述的信道化分布式频综系统的频综信号生成方法，包括：

步骤1、基准信号生成；

步骤2、对基准信号进行处理，产生用于直接频率合成所需的参考信号；

步骤3、基于参考信号产生多频频综信号；

步骤4、对多频频综信号进行分配，并传输至对应分布式需求节点；

步骤5、各个分布式需求节点提取所需频率的频综信号进行使用。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

1、在同一时刻，分布式系统中各需求节点可获取不同频率的频综信号。

2、保持了信道化微波系统中各分布式需求节点所使用的频综信号的相位相关性。

附图说明

图1为本发明提出的信道化分布式频综系统组成示意图。

图2为多频频综信号产生模块示意图。

图3为本发明提出的一入多出功分示意图。

图4为本发明提出的链式功分示意图。

图5为基于信道化分布式频综系统的信号产生方法。

图6为本发明一实施例中信道化分布式频综系统示意图。

图7为本发明另一实施例中信道化分布式频综系统示意图。

图8为本发明另一实施例中信道化分布式频综系统示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

如图1所示，本发明提出一种信道化分布式频综系统，在同一时刻可提供多个非同频频综信号，并可保持各频综信号之间相位相关性，具体方案如下：

一种信道化分布式频综系统，包括：基准信号产生模块，产生基准信号，输入至多频频综信号产生模块；多频频综信号产生模块，对基准信号进行处理生成参考信号，基于参考信号产生多频频综信号；信号分配模块，用于将多频频综信号分配至N个分布式需求节点；N个分布式需求节点，通过滤波器提取出所需频率的频综信号。

该系统的核心在于打破传统的单频频综信号产生和分配概念，其所产生、分配和在链路中传输的频综信号是多个频率信号的合成信号，在需求节点处提取出所需频率的频综信号；其所产生的多频频综信号，多个频率信号之间具有相位相关性。分配、传输和提取过程中带来的相位变化是确定的，并且可通过校准手段去除，由此保证了各需求节点所使用的频综信号之间的相位相关性。

如图2所示为多频频综信号产生模块示意图，该模块首先将基准信号进行处理，而后利用直接频率合成电路产生多频频综信号。直接频率合成主要采用两种方法：1、采用梳线发生器，基于经基准信号处理后的信号，产生梳线信号作为多频频综信号；2、采用数模转换原理，基于经基准信号处理后的信号，产生多频频综信号。具体应用时，可根据频综信号需求，可灵活运用基础方法或将基础方法结合使用。

如图3、图4所示，信号分配模块用于将多频频综信号分配至各需求节点。主要采用一入多出功分和链式功分两种基础拓扑结构实现。

如图5所示，基于该信道化分布式频综系统的频综信号生成方法的具体过程为：

步骤1、基准信号生成；

步骤2、对基准信号进行处理，产生用于直接频率合成所需的参考信号；实际应用中，可以采用分频/倍频、梳线或锁相环等不同形式产生参考信号，通常参考信号取单一频率信号；

步骤3、基于参考信号产生多频频综信号；

步骤4、对多频频综信号进行分配，并传输至对应分布式需求节点；

步骤5、各个分布式需求节点提取所需频率的频综信号进行使用。

进一步的，通过以下几个具体实施例对该频综系统和频综信号生成方法进行进一步阐述。

实施例1

本实施例基于100MHz参考信号，产生13～20GHz(1GHz间隔)并具有相位相关性的本振信号，满足信道化变频系统需求。

如图6所示，该系统中，基础信号处理采用10倍频电路实现，直接频率合成采用梳线谱发生器实现，信号分配采用8路宽带功分器实现，各节点采用对应的带通滤波器完成信号提取。

该系统的具体工作过程如下：

1、输入100MHz基准信号至10倍频电路中；

2、对100MHz基准信号进行10倍频，产生1GHz参考信号；

3、1GHz参考信号通过梳线谱发生器，产生含有13GHz～20GHz(间隔1GHz)的多频频综信号；

4、采用8路宽带功分器将多频频综信号分配至分布式信道化需求节点；

5、在各需求节点处用滤波器滤除无用频率信号，提取所需频率的频综信号，供给信道化通道使用；

本实施例中为某信道化系统提供了多个频率的频综信号。得益于多频频综信号的传输和分配，各分布式需求节点可在同一时刻获得不同频率的频综信号，使各信道化通道可在其频段范围内同时工作。进一步地，因为各分布式需求节点所获取的频综信号是同源功分信号，保证了各信道化通道所使用的频综信号之间具有相位相关性。

实施例2

本实施例基于10MHz参考信号，产生1984～2080MHz(间隔32MHz)差频采样时钟。

如图7所示，该系统中，基础信号处理采用具有多路输出的集成VCO式锁相环与2分频模块实现，直接频率合成采用混频/滤波模块、谐波发生/滤波模块实现，信号分配采用8路功分器实现，各节点采用对应的窄带滤波器完成信号提取。

该系统的具体工作过程如下：

1、输入10MHz基准信号至集成VCO式锁相环中；

2、采用具有多路输出的集成VCO式锁相环产生1920MHz参考信号1及64MHz信号；并通过将64MHz信号进行2分频产生32MHz参考信号2；

3、在多频频综信号产生功能部分，将参考信号1与参考信号2的2-5次谐波进行混频并滤波，产生1984～2080MHz(间隔32MHz)的多频频综信号；

4、将多频频综信号进行功分，分配至各需求节点；

5、在各需求节点处用窄带滤波器提取所需频率的频综信号作为差频采样系统时钟使用。

本实施例为某差频采样系统提供了具有相位相关性的非同频时钟信号。采用不同频率频综信号作为采样时钟的通道，可以实现在同一采样门宽度内获取具有对应关系的采样样本数据。

实施例3

本实施例基于100MHz参考信号，产生21.375～21.875GHz(间隔125MHz±5MHz可调)，并具有相位相关性的本振信号，满足信道化变频系统需求。

如图8所示，该系统中，基础信号处理采用功分器与两个锁相环(锁相环1、锁相环2)实现，直接频率合成采用混频/滤波模块、谐波发生器、低通滤波器以及DDS电路实现，信号分配采用链式功分形式实现，各节点采用对应的滤波器完成信号提取。

该系统的具体工作过程如下：

1、输入100MHz基准信号至功分器中；

2、对100MHz基准信号进行功分，其中一路经锁相环1产生3.2GHz参考信号1，另一路经锁相环2产生21GHz参考信号2；

3、在多频频综信号产生功能部分，将3.2GHz参考信号1作为DDS电路参考信号，产生125MHz±5MHz信号；并通过谐波发生器和低通滤波器，取其3-7次谐波，产生375MHz～875MHz(125MHz±5MHz间隔可调)信号；进一步将该间隔可调信号与21GHz进行混频滤波，取得21.375GHz～21.875GHz(125MHz±5MHz间隔可调)多频频综信号；

4、采用链式拓扑结构将多频频综信号分配至分布式信道化需求节点；

5、在各需求节点处用滤波器滤除无用频率信号，提取所需频率的频综信号；

本实施例为X分布式信道化系统提供了多个频率的频综信号，原理框图中两路21.875GHz±25MHz滤波器取出的频综信号之间具有稳定的相位差，同时它们与其它滤波器取出的频综信号之间的相位差匀速变化。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种信道化分布式频综系统，其特征在于，包括：

基准信号产生模块，产生基准信号，输入至多频频综信号产生模块；

多频频综信号产生模块，对基准信号进行处理生成参考信号，基于参考信号产生多频频综信号；

信号分配模块，用于将多频频综信号分配至N个分布式需求节点；

N个分布式需求节点，通过滤波器提取出所需频率的频综信号。

2.根据权利要求1所述的信道化分布式频综系统，其特征在于，所述多频频综信号产生模块包括基准信号处理模块与直接频率合成模块，基准信号处理模块用于对基准信号进行处理，生成参考信号；直接频率合成模块基于参考信号采用直接频率合成方式产生多频频综信号。

3.根据权利要求2所述的信道化分布式频综系统，其特征在于，所述基准信号处理模块采用分频/倍频电路或锁相环产生所需频率的参考信号。

4.根据权利要求2或3所述的信道化分布式频综系统，其特征在于，所述直接频率合成模块采用梳线谱发生器实现，参考信号输入梳线谱发生器中，直接产生所需多频频综信号。

5.根据权利要求2或3所述的信道化分布式频综系统，其特征在于，所述直接频率合成模块采用谐波发生模块、混频模块以及滤波模块实现，基准信号处理模块产生两种参考信号，分别输入到谐波发生模块和混频模块，谐波发生模块输出的信号经滤波后输入到混频模块，混频模块将输入的参考信号与谐波发生模块多次输出的信号进行混频并滤波，得到多频频综信号。

6.根据权利要求1所述的信道化分布式频综系统，其特征在于，所述信号分配模块采用一入多出功分形式或链式功分形式实现。

7.根据权利要求6所述的信道化分布式频综系统，其特征在于，所述一入多出功分形式由N路功分器实现，输出通道数量与分布式需求节点数量相同。

8.根据权利要求6所述的信道化分布式频综系统，其特征在于，所述链式功分形式由N-1个一分二功分器实现，多频频综信号输入至第一个一分二功分器输入端，每个一分二功分器一路输出至分布式需求节点，另一路输出至下一个一分二功分器的输入端；每个一分二功分器输出的分布式需求节点不重复。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的信道化分布式频综系统的频综信号生成方法，其特征在于，包括：

步骤1、基准信号生成；

步骤2、对基准信号进行处理，产生用于直接频率合成所需的参考信号；

步骤3、基于参考信号产生多频频综信号；

步骤4、对多频频综信号进行分配，并传输至对应分布式需求节点；

步骤5、各个分布式需求节点提取所需频率的频综信号进行使用。

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