基于AD9864的CPM遙測(cè)發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)

張焱 王逸凡 周豐華 蔣博男 馬金鑫

摘要：本文介紹了一種基于AD9364的CPM遙測(cè)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)方案，主要包括整機(jī)的原理設(shè)計(jì)及AD9364發(fā)射鏈路的配置;軟件采CPM調(diào)制體制EcDDS頻率合成器將信號(hào)調(diào)制到中頻。CPM遙測(cè)發(fā)射機(jī)最大信道速率可達(dá)30Mbps，可較好地適應(yīng)未來(lái)航天遙測(cè)系統(tǒng)的需求。

關(guān)鍵詞：CPM;AD9364;遙測(cè)發(fā)射機(jī)

中圖分類號(hào)：V119 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）05-0128-02

0引言

隨著我國(guó)航天事業(yè)的飛速發(fā)展，無(wú)線遙測(cè)數(shù)據(jù)量急劇增長(zhǎng)，急需一款可以適應(yīng)高碼率且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，s波段CPM遙測(cè)發(fā)射機(jī)使用FPGA實(shí)現(xiàn)CPMN制，將信號(hào)調(diào)制為中頻，之后送入AD9364對(duì)信號(hào)進(jìn)行模擬混頻，經(jīng)上變頻和功率放大后，通過(guò)天線實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的發(fā)送。

1原理設(shè)計(jì)

CPM遙測(cè)發(fā)射機(jī)分為基帶處理模塊、射頻模塊、電源模塊。

基帶處理模塊中FPGA通過(guò)sPI控制接口，完成對(duì)AD9364的配置，然后完成基帶數(shù)據(jù)生成、信道編碼、波形響應(yīng)及DDS合成，并將CPM信號(hào)輸出至AD9364。

射頻部分的主芯片為AD公司的AD 9 3 6 4，AD9364接收I、Q基帶CPM信號(hào)，完成內(nèi)插升速、半帶濾波、DA轉(zhuǎn)換、模擬濾波;內(nèi)部PLL鎖相生成載波信號(hào)，裂相為I、Q;IQ數(shù)據(jù)與IQ載波正交混頻，實(shí)現(xiàn)SSB單邊帶調(diào)制，將DDS輸出的基帶CPM信號(hào)的頻譜，整體搬移到載波頻點(diǎn)。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器、濾波器后從SMA接口輸出。

電源模塊主要完成遙測(cè)發(fā)射機(jī)各模塊的供電。

2AD9364發(fā)射鏈路

本方案僅使用了AD9364的發(fā)射部分，因此僅對(duì)發(fā)射鏈路進(jìn)行說(shuō)明。射頻鏈路內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

射頻發(fā)射鏈路上，基帶數(shù)據(jù)首先通過(guò)一個(gè)可變系數(shù)（系數(shù)可配置，最高為128）的FIR濾波器，濾除帶外噪聲，然后緊跟著3個(gè)系數(shù)固定的半帶濾波器（僅使用了TXHB2）濾除衍生頻譜;經(jīng)DAC之后的模擬信號(hào)陸續(xù)通過(guò)兩個(gè)模擬濾波器、混頻器和衰減器輸出到發(fā)送端口。本方案中，F(xiàn)IR、TX HBI及TX HB3未使用，TX HB2內(nèi)插系數(shù)為2。

整體濾波效果如圖2所示，28MHz時(shí)衰減5dB。圖3為TX HB2頻譜響應(yīng)曲線。

3CPM調(diào)制

CPM調(diào)制的突出特點(diǎn)有：包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、頻帶利用率高和帶外輻射小。CPM連續(xù)相位調(diào)制，本質(zhì)上是FM頻率調(diào)制。遙測(cè)發(fā)射機(jī)的輸出信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨基帶數(shù)據(jù)波動(dòng);遙測(cè)發(fā)射機(jī)的輸出信號(hào)的相位是瞬時(shí)頻率在時(shí)間上的積分，是時(shí)間連續(xù)函數(shù)。

測(cè)試案例：以3.75MHz的正弦波單音調(diào)頻，調(diào)制指數(shù)0.7為例，調(diào)制后信號(hào)如圖4所示。

4DDS頻率合成器

DDS主要由相位累加器、ROM查找表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器等組成。其中，相位累加器由位寬NN的相位寄存器和全加器組成。

本方案中DDs相位查找表的地址寬度D為14bit（相位是非線性的，因此設(shè)計(jì)時(shí)地址位比數(shù)據(jù)位多2bit），M為12bit。

DDS直接頻率合成器，采用頻率控制字、相位累加、波形查表，能夠精確便捷地合成需要的頻率信號(hào)。當(dāng)頻率控制字隨基帶數(shù)據(jù)波動(dòng)時(shí)，DDS輸出的即是基帶CPM信號(hào)。

DDs波形查表時(shí)，同時(shí)查找I（Cosine）、Q（sine）數(shù)據(jù);載波信號(hào)90°裂相，輸出I、Q載波;IQ數(shù)據(jù)與IQ載波正交混頻，實(shí)NSSB單邊帶調(diào)制，將DDS輸出的基帶CPM信號(hào)的頻譜，整體搬移到載波頻點(diǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了CPM遙測(cè)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)原理及CPM調(diào)制方法，為工程實(shí)現(xiàn)提供了具體的方案。CPM遙測(cè)發(fā)射機(jī)使用FPGA內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，經(jīng)CPM調(diào)制之后，送/kAD9364對(duì)信號(hào)進(jìn)行模擬混頻，經(jīng)上變頻和功率放大后，通過(guò)天線實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的發(fā)送。