CN111064480A - 一种宽频信号发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽频信号发生装置，包括锁相环模块、可调放大器模块、功率检测模块、单片机，并由电源模块供电；单片机的输出端与锁相环模块的输入端、可调放大器模块的输入端连接，锁相环模块的输出端与可调放大器模块的输入端连接，可调放大器模块的输出端与功分器Ⅰ的输入端连接，功分器Ⅰ的一个输出端连接功率检测模块的输入端，功分器Ⅰ的另一个输出端作为信号源输出端，功率检测模块的输出端与单片机的输入端连接。射频信号发生模块产生频率范围25MHz~5GHz的射频信号，通过放大器模块后得到大功率信号，并且功率检测模块检测输出端的信号幅度，可进行功率稳定调节，实时改变放大器的放大倍数得到一个稳定的输出功率信号。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，具体为一种功率可调的宽频信号发生装置，应用于通信领域的实验以及可以作为其他领域的信号能量输出装置。
背景技术
随着通信技术的不断发展，对于信号源的要求也越来越高。信号源对于通讯设备的检验和实验都起到很大作用，除了通讯领域的检测与实验。信号源也可以应用于研究电磁辐射对人体影响的生物领域。最近所热门的无线电力传输，信号源在该领域也有很大作用。为了实现较宽的频率覆盖，研究25MHz~5GHz可调功率信号源具有很大的意义。
为此现有的技术设计了很多种型号的信号源，但是存在步进值大，噪声大，频率范围不包含低频，不可进行自适应调节等问题，现有的大部分信号源可以提供频率范围为30MHz~3GHz。总之现有的信号源依然有很多改进的地方。
发明内容
本发明针对以上问题，研制了一种宽带信号源，作为可调功率的宽带信号发生装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种宽频信号发生装置，包括锁相环模块、可调放大器模块、功率检测模块、单片机，并由电源模块供电；所述单片机的输出端与锁相环模块的输入端、可调放大器模块的输入端连接，所述锁相环模块的输出端与可调放大器模块的输入端连接，所述可调放大器模块的输出端与功分器Ⅰ的输入端连接，所述功分器Ⅰ的一个输出端连接功率检测模块的输入端，所述功分器Ⅰ的另一个输出端作为信号源输出端，所述功率检测模块的输出端与单片机的输入端连接。
优选的，所述锁相环模块包括分频器、环路滤波器、本振晶振、鉴相器、电荷泵、压控振荡器、功分器Ⅱ，所述分频器的一个输入端作为锁相环模块的输入端与单片机的输出端连接，所述分频器的输出端与环路滤波器的输入端连接，所述环路滤波器的输出端与鉴相器的一个输入端连接，所述鉴相器的另一个输入端与本振晶振的输出端连接，所述鉴相器的输出端与电荷泵的输入端连接，所述电荷泵的输出端与压控振荡器的输入端连接，所述压控振荡器的输出端与功分器Ⅱ的一个输入端连接，所述功分器Ⅱ的输出端与分频器的另一个输入端连接，所述功分器Ⅱ的另一个输出端作为锁相环模块的输出端与可调放大器模块的输入端连接。
优选的，所述功率检测模块包括0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线、射频开关、检波器，所述0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线分别与功分器Ⅰ的一个输出端耦合连接，所述0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线连接射频开关，所述射频开关由单片机控制，所述射频开关连接检波器，所述检波器连接单片机。
工作时，锁相环模块作为射频信号发生模块产生频率范围25MHz~5GHz的射频信号，通过放大器模块后得到大功率信号，并且功率检测模块检测输出端的信号幅度，单片机可进行功率稳定调节，实时改变放大器的放大倍数得到一个稳定的输出功率信号。
本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1表示本发明的结构框图。
图2表示本发明锁相环模块的框图。
图3表示本发明功率检测模块的框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明。
一种功率可调的宽频信号发生装置，如图1所示，包括锁相环模块（搭载HMC833LP6GE芯片的信号输出模块）、可调放大器模块、功率检测模块、单片机，所有模块均受单片机控制并由电源模块供电；单片机的输出端与锁相环模块的输入端、可调放大器模块的输入端连接，锁相环模块的输出端与可调放大器模块的输入端连接，可调放大器模块的输出端与功分器Ⅰ的输入端连接，功分器Ⅰ的一个输出端连接功率检测模块的输入端，功分器Ⅰ的另一个输出端作为信号源输出端，功率检测模块的输出端与单片机的输入端连接。
如图2所示，锁相环模块包括分频器、环路滤波器、本振晶振、鉴相器、电荷泵、压控振荡器、功分器Ⅱ，分频器的一个输入端作为锁相环模块的输入端与单片机的输出端连接，分频器的输出端与环路滤波器的输入端连接，环路滤波器的输出端与鉴相器的一个输入端连接，鉴相器的另一个输入端与本振晶振的输出端连接，鉴相器的输出端与电荷泵的输入端连接，电荷泵的输出端与压控振荡器的输入端连接，压控振荡器的输出端与功分器Ⅱ的一个输入端连接，功分器Ⅱ的输出端与分频器的另一个输入端连接，功分器Ⅱ的另一个输出端作为锁相环模块的输出端与可调放大器模块的输入端连接。
具体实施时，锁相环模块利用HMC833LP6GE芯片搭建，该芯片可以提供25MHz~5000MHz的频率信号，具有小数分合成器，集成了低相位噪声的压控振荡器。拥有精准的频率模式，内置数字自测功能。集成的锁相环更具有低噪声的特性也更好的节省开发时间。利用芯片HMC833LP6GE提供的步进值低，精度很高的射频信号，解决了频率覆盖小、步进值大、噪声大的问题。本锁相环还集成了vco通过ads等仿真软件便可以得到环路滤波器，简化了开发流程也提高了抗干扰性。
放大器模块（可控增益放大器）采用了芯片HMC625BLP5E来实现其增益控制：-13.5dB~+18dB，步长为0.5dB，高输出IP3：+32dBm，增益步长误差：±0.25dB（典型值），32引脚5×5mm SMT封装。采用高增益放大芯片可以使输出信号功率稳定，功率信号可以应用于无线电力传输的研究。
为了达到可以稳定信号源输出的目的，解决信号源功率输出不稳定问题，输出端增加功率检测模块，使其可以稳定的输出预设的频率值，检波模块可以保证实验的准确性，提高整个设备的可靠性。
如图3所示，功率检测模块包括0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线、射频开关、检波器，0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线分别与功分器Ⅰ的一个输出端耦合连接，0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线连接射频开关，射频开关由单片机控制，射频开关连接检波器，检波器连接单片机。功率检测部分的全部情况最后的信号会被单片机接收。
功率检测模块使用耦合线检测的方式，25MHz~5GHz是一个非常宽的频率范围，所以为了更好的检测功率，必须保证耦合线的耦合度更为平坦，因此才能保证耦合过来的能量更为准确。所以采用三段耦合线的方式分别耦合0~2GHz、2GHz~4GHz、4GHz~5GHz的信号，使用射频开关控制哪条耦合线导通，使用单片机控制射频开关。耦合之后的信号送入芯片HMC662中，这是一款功率检波芯片（检波器），工作范围1GHz~8GHz，可以对应检测-60dBm~10dBm的信号输出模拟电压0.5V~2V，将模拟信号送入模数转换芯片之后变成数字信号，在将数字信号送入单片机中，单片机可以通过分析出功率值。
单片机模块采用stm32系列单片机，同时单片机将外接键盘和屏幕可以输入需要的频率和需要功率。单片机需要计入这些数据，通过控制锁相环模块输出想要的频率，控制可控增益放大器得到想要的功率，通过功率检测模块得到输出功率与设定的功率相比较最后调整放大器增益稳定输出。
为了保证信号可以更好的输出，本***还要做到很好的阻抗匹配。
本发明所述装置利用单片机控制锁相环芯片HMC833LP6GE产生25MHz~5000MHz，配合可调增益放大器芯片HMC625BLP5E做出的宽频放大器，配合功率检测模块等构成信号源。信号源具有很好的宽带特性，且具有功率检测功能可以根据反馈情况自动调节稳定输出功率。该信号源的杂散噪声较小，步进值小，可以应用于通信***，电磁辐照装置，无线电力传输等实验。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。
Claims (3)
1.一种宽频信号发生装置，其特征在于：包括锁相环模块、可调放大器模块、功率检测模块、单片机，并由电源模块供电；所述单片机的输出端与锁相环模块的输入端、可调放大器模块的输入端连接，所述锁相环模块的输出端与可调放大器模块的输入端连接，所述可调放大器模块的输出端与功分器Ⅰ的输入端连接，所述功分器Ⅰ的一个输出端连接功率检测模块的输入端，所述功分器Ⅰ的另一个输出端作为信号源输出端，所述功率检测模块的输出端与单片机的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽频信号发生装置，其特征在于：所述锁相环模块包括分频器、环路滤波器、本振晶振、鉴相器、电荷泵、压控振荡器、功分器Ⅱ，所述分频器的一个输入端作为锁相环模块的输入端与单片机的输出端连接，所述分频器的输出端与环路滤波器的输入端连接，所述环路滤波器的输出端与鉴相器的一个输入端连接，所述鉴相器的另一个输入端与本振晶振的输出端连接，所述鉴相器的输出端与电荷泵的输入端连接，所述电荷泵的输出端与压控振荡器的输入端连接，所述压控振荡器的输出端与功分器Ⅱ的一个输入端连接，所述功分器Ⅱ的输出端与分频器的另一个输入端连接，所述功分器Ⅱ的另一个输出端作为锁相环模块的输出端与可调放大器模块的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽频信号发生装置，其特征在于：所述功率检测模块包括0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线、射频开关、检波器，所述0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线分别与功分器Ⅰ的一个输出端耦合连接，所述0~2GHz耦合线、2~4GHz耦合线、4~5GHz耦合线连接射频开关，所述射频开关由单片机控制，所述射频开关连接检波器，所述检波器连接单片机。
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