一种可编程信号波形产生系统的制作方法

本实用新型属于电子技术领域，特别是涉及一种可编程信号波形产生系统。

背景技术：

现有技术中，信号发生器产生的波形通常是类型有限，难以根据应用需要进行灵活更改，并且主要是基带信号。这种信号发生器通常只是应用在实验室和教室中，用于基础实验教学，而不能转变为射频信号而直接应用到外场实验中。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种可编程信号波形产生系统，解决现有技术中信号波形类型单一、不能灵活更改波形并直接用于射频输出的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：提供一种可编程信号波形产生系统，包括控制计算机，以及与该控制计算机通信连接的信号终端，该信号终端包括产生可编程波形的控制与调制模块，以及将该可编程波形调制到不同载波频率上的射频模块，该控制计算机与该信号终端通信连接的信号中包括对该控制与调制模块配置的波形数据和向该射频模块设置的射频参数。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，该可编程信号波形产生系统还包括与该信号终端射频连接的功率放大器，以及与功率放大器电连接的发射天线。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，该控制与调制模块包括ARM控制器、FPGA可编程电路和正交调制器，该ARM控制器与该FPGA可编程电路通过并口传输该波形数据和该FPGA可编程电路的工作参数，该FPGA可编程电路与该正交调制器也通过并口传输该波形数据。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，该ARM控制器包括网络接口，该ARM控制器通过该网络接口与该控制计算机通信连接，用以接收控制计算机下发的该波形数据和该射频参数，以及向控制计算机反馈该控制与调制模块的应答信号。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，该ARM控制器还包括485接口，该ARM控制器通过该485接口与该射频模块通信连接以传输该射频参数。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，该ARM控制器还包括SPI接口，该ARM控制器通过该SPI接口与该正交调制器通信连接以传输调制参数。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，该FPGA可编程电路与SRAM电连接，该SRAM用以存储波形数据。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，射频模块包括射频衰减器和射频开关，以及与该射频开关电连接的高频段电路和低频段电路，该高频段电路和低频段电路均包括射频放大器和射频功率检测器。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，该低频段电路中还包括介于该射频开关与该低频段电路中的该射频功率放大器之间混频器和低通滤波器，该混频器接入混频信号源。

在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，该高频段电路的该射频功率检测器输出连接有高频段射频输出口，该低频段电路的该射频功率检测器输出连接有低频段射频输出口。

本实用新型的有益效果是：本申请提供本可编程信号波形产生系统，包括控制计算机以及与控制计算机通信连接的信号终端，以及与信号终端射频连接的功率放大器和发射天线。信号终端中包括产生可编程波形的控制与调制模块，以及将可编程波形调制到不同载波频率上的射频模块，控制与调制模块具体又由ARM控制器、FPGA可编程电路和正交调制器组成，射频模块中包括高频段电路和低频段电路。由此，控制计算机中可以仿真并输出波形数据到信号终端，信号终端合成输出所需的信号波形并由射频模块调制到不同的频率输出，通过选配不同功率大小的功率放大器和发射天线，可以进一步把射频模块输出的射频信号进行功率放大并转化为无线电波发射出去。本实用新型可以通过软件仿真和硬件编程的方式产生用户所需的信号波形，并调制到所需要的载波频率上，功率输出具有可选性，并具有通用性、扩展性强的优势和小型化的特点，适用于电磁环境外场实验。

附图说明

图1是本实用新型可编程信号波形产生系统一实施例组成示意图；

图2是本实用新型可编程信号波形产生系统另一实施例中信号终端的组成示意图；

图3是本实用新型可编程信号波形产生系统另一实施例中射频模块的组成示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，这是本实用新型可编程信号波形产生系统一实施例组成示意图。该系统包括控制计算机11，以及与控制计算机11通信连接的信号终端12。优选的，该系统还包括与信号终端12射频连接的功率放大器13和发射天线14。

这里，控制计算机11中安装有管理控制软件，主要是对信号终端进行参数配置和状态查询及显示，包括射频参数设置(频率、电平、调制度等)、波形选择(在线波形和波形库文件)、波形数据下载、发射控制等功能。其中，在线波形指调制频率和调制度等可变的波形，通过matlab runtime仿真软件临时生产；波形库文件指独立可选的一系列波形文件所实现的波形，波形文件具备特定的格式，具备正交的I路和Q路数据和波形说明信息。

信号终端12是硬件可编程的信号源，具备宽频点信号合成功能，其中采用了FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)可编程硬件电路，主要功能是将来自控制计算机11的波形数据转换成基带信号，并调制到指定频点，输出射频信号。

由此可见，采用图1所示的本实用新型可编程信号波形产生系统实施例能够产生具有不同的射频参数、不同的波形文件及波形数据的信号，然后在信号终端中以硬件可编程的方式合成输出，因此信号类型不受限制，完全可以在控制计算机中仿真实现多种信号波形。并且，通过在信号终端进行射频接入功率放大器和发射天线，可以直接把信号终端合成的波形以一定的功率发射出去，满足外场实验的需求。

优选的，如图2所示，在本实用新型可编程信号波形产生系统另一实施例中，信号终端12中包括产生可编程波形的控制与调制模块121，以及将可编程波形调制到不同载波频率上的射频模块122，控制计算机11与信号终端12通信连接的信号中包括对控制与调制模块121配置的波形数据、向射频模块122设置的射频参数，以及向控制计算机11反馈控制与调制模块121的应答信号。

这里，来自控制计算机11的波形数据在控制与调制模块121中进行存储和波形生成，控制与调制模块121不仅具有通信、控制功能，还具有波形合成功能；对射频模块122设置的参数也是先由控制与调制模块121从控制计算机11接收，然后再传输给射频模块122进行设置；应答信号主要是保证控制计算机11与控制与调制模块121每一次信息交互均能做到无误传输。

进一步的，控制与调制模块121包括ARM控制器1211、FPGA可编程电路1212和正交调制器1213，ARM控制器1211与FPGA可编程电路1212通过并行数据接口(如8位数据接口)传输波形数据和工作参数，FPGA可编程电路1212与正交调制器1213也通过并行数据接口传输波形数据。

这里，ARM控制器1211具有多种接口，优选的，ARM控制器1211包括网络接口，用以接收控制计算机11下发的波形数据和射频参数，以及向控制计算机反馈信号终端工作状态的应答信号。因此，ARM控制器1211一方面与控制计算机11通过网络接口以IP寻址的方式进行信息交互，另一方面与控制与调制模块121中的其他模块和电路通过不同形式的接口进行信息交互，具有较强的处理能力、存储能力和接口扩展能力。

其中，ARM控制器1211与FPGA可编程电路1212的接口是并行数据接口，主要是ARM控制器1211将接收的波形数据，通常是分成两路正交的I路波形数据和Q路波形数据并行传输给FPGA可编程电路1212，并行接口每次传输的数量大、数据传输速率快，适合于波形合成的需要。另外，也通过并行数据接口把FPGA可编程电路1212的工作参数配置给FPGA可编程电路1212，相当于改变FPGA可编程电路1212的电路结构，以此实现多种硬件电路功能。

优选的，FPGA可编程电路1212还与SRAM(Static RAM，静态存储器)存储器1214电连接，SRAM存储器1214用以存储波形数据。由于ARM控制器1211与FPGA可编程电路1212是并行数据接口，FPGA可编程电路1212外部连接大容量SRAM时，可以映射到ARM控制器1211的外部地址空间，因此ARM控制器1211对SRAM存储器1214具有寻址存储能力。

优选的，ARM控制器1211还包括485接口，ARM控制器1211通过485接口与射频模块122通信连接以传输射频参数。可以看出，ARM控制器1211是先通过网络接口从控制计算机11得到射频参数，经过ARM控制器1211处理转化后，再通过485接口传输给射频模块122。通过接口转换可以优化处理数据传输方式，使得ARM控制器1211能够同时利用多种不同的接口进行传输。

优选的，ARM控制器1211还包括SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口，ARM控制器1211通过SPI接口与正交调制器1213通信连接以传输调制参数。正交调制器1213主要是将来自FPGA可编程电路1212的基带波形进行正交上变频，其中的调制参数包括调制信号中的数据速率、波形带宽和信号功率等。

进一步优选的，对于射频模块122而言内部是分成两路输出，其中一路为高频段输出，另一路为低频段输出。如图3所示，在本实用新型可编程信号波形产生系统的另一实施例中，射频模块122中包括射频衰减器1221和射频开关1222，射频衰减器1221的输入端与正交调制器1213的输出口电连接，射频衰减器1221的输出端与射频开关1222电连接。进一步的，射频开关1222选择射频信号从高频段电路输出或者从低频段电路输出，高频段电路和低频段电路中均包括射频放大器1223和射频功率检测器1224，射频放大器1223用于对射频信号进行功率放大，射频功率检测器1224通过检测射频放大器1223输出的射频信号功率的大小来确定射频信号的输出功率。可以进一步通过射频功率检测器1224检测的射频信号功率值来控制射频放大器1223的放大值，从而使得射频模块122输出的射频信号功率在有效的区间范围内。这两路中的射频放大器1223和射频功率检测器1224主要是在工作频段上有所不同。

优选的，为了在低频段电路中为了获得更低的频率输出，还在射频开关1222与低频段电路的射频放大器1223之间设置有混频器1225、低通滤波器1226，而混频器1225还接入了混频信号源1227。通过混频信号源1227输出本振信号与混频器1225进行混频，可以进一步降低信号的频率获得低频信号，低通滤波器1226对混频器1225的输出信号进行低通滤波，滤除高频信号并使得低频信号通过该滤波器。

优选的，上述高频段电路的射频功率检测器输出连接有高频段射频输出口，上述低频段电路的射频功率检测器输出连接有低频段射频输出口。

以上是本实用新型提供的可编程信号波形产生系统，包括控制计算机以及与控制计算机通信连接的信号终端，以及与信号终端射频连接的功率放大器和发射天线。信号终端中包括产生可编程波形的控制与调制模块，以及将可编程波形调制到不同载波频率上的射频模块，控制与调制模块具体又由ARM控制器、FPGA可编程电路和正交调制器组成，射频模块中包括高频段电路和低频段电路。由此，控制计算机中可以仿真并输出波形数据到信号终端，信号终端合成输出所需的信号波形并由射频模块调制到不同的频率输出，通过选配不同功率大小的功率放大器和发射天线，可以进一步把射频模块输出的射频信号进行功率放大并转化为无线电波发射出去。本实用新型可以通过软件仿真和硬件编程的方式产生用户所需的信号波形，并调制到所需要的载波频率上，功率输出具有可选性，并具有通用性、扩展性强的优势和小型化的特点，适用于电磁环境外场实验。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。