基于DDS技術(shù)和單片機(jī)設(shè)計(jì)的射頻信號(hào)干擾器

　　文中介紹的干擾器能夠產(chǎn)生3種干擾信號(hào)：隨機(jī)干擾、點(diǎn)頻干擾和掃頻干擾，其中點(diǎn)頻干擾和掃頻干擾是基于單片機(jī)對(duì)DDS芯片AD9852的控制產(chǎn)生，整個(gè)系統(tǒng)的控制靈活、高效。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確產(chǎn)生所需要的干擾信號(hào)，滿足抗干擾性能測(cè)試的需要。雖然本設(shè)計(jì)產(chǎn)生的干擾信號(hào)位于406 MHz頻段，但這樣的電路結(jié)構(gòu)也可用于其它頻段（需修改VCO、PLL等電路），例如手機(jī)通信頻段，因此本電路結(jié)構(gòu)對(duì)其它頻段的應(yīng)用同樣具有借鑒意義。

　　隨著電子設(shè)備的使用越來越普遍，電子設(shè)備之間的干擾問題也越來越突出，特別是通信設(shè)備的干擾問題，這使得電路工程師在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中不得不考慮設(shè)備的抗干擾問題，并且有必要對(duì)通信設(shè)備的抗干擾能力進(jìn)行測(cè)試。文中介紹的射頻信號(hào)干擾器可用于測(cè)試通信設(shè)備的抗干擾能力，能夠產(chǎn)生如下3種干擾：

　　1）隨機(jī)干擾。在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生頻率隨機(jī)的干擾信號(hào)，湮沒目標(biāo)頻率，也會(huì)降低信噪比，形成對(duì)正常通信的壓制。

　　2）點(diǎn)頻干擾。在已知目標(biāo)頻率的情況下，瞄準(zhǔn)目標(biāo)頻率輸出干擾信號(hào)，產(chǎn)生對(duì)目標(biāo)通信的壓制效果。

　　3）掃頻干擾。在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行頻率掃描，當(dāng)干擾信號(hào)頻率與通信頻率的碰撞概率達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)影響通信的信噪比，導(dǎo)致誤碼率增加，產(chǎn)生有效干擾。

　　射頻信號(hào)干擾器的設(shè)計(jì)基于DDS技術(shù)和鎖相環(huán)（PLL）技術(shù)，通過單片機(jī)進(jìn)行控制，能夠產(chǎn)生分辨率極高的干擾頻率，控制方便、靈活。

　　1硬件電路設(shè)計(jì)

　　射頻信號(hào)干擾器原理框圖如圖1所示，當(dāng)微波開關(guān)接通406．0~406．1 MHZVCO時(shí)，輸出隨機(jī)干擾噪聲；當(dāng)微波開關(guān)接通BPF時(shí)，輸出點(diǎn)頻干擾或掃頻干擾噪聲。

　　圖1硬件系統(tǒng)原理框圖

　　1．1隨機(jī)干擾

　　基帶噪聲信號(hào)源的隨機(jī)電壓噪聲施加到VCO的電壓控制端，產(chǎn)生噪聲調(diào)頻信號(hào)。406．0~406．1 MHZVCO輸出信號(hào)的頻率表示為：

　　ωvco=ωo+Kvco（Vo+Anu（t）） （1）

　　式中：ωo為控制電壓為零時(shí)VCO輸出頻率，Kvco為VCO電壓控制增益，Vo為直流控制電壓，An為噪聲放大電路增益，u（t）為基帶噪聲信號(hào)。

　　當(dāng)微波開關(guān)選通隨機(jī)噪聲輸出時(shí)，輸出信號(hào)為

　　Vo（t）=KSKAUvcoCOS（ωo+Kvco（Vo+Anu（t）） （2）

　　式中：KS為微波開關(guān)增益，KA為放大器增益，Uvco為VCO輸出信號(hào)幅度。干擾機(jī)的輸出為調(diào)頻噪聲，噪聲幅度為KSKAUvco，噪聲的中心頻率為ωo+Kvco（Vo，噪聲頻譜的范圍取決于Anu（t）的幅度。

　　1．2點(diǎn)頻干擾與掃頻干擾

　　點(diǎn)頻干擾與掃頻干擾通過單片機(jī)控制DDS專用芯片AD9852實(shí)現(xiàn)，AD9852具有功耗低，相位累加器位數(shù)高，可產(chǎn)生高頻率的正弦波等優(yōu)點(diǎn)。

　　DDS輸出頻率：

　　f0=KF×fc/2N （3）

　　其中，KF為頻率控制字，fc為外部參考時(shí)鐘的頻率，Ⅳ為DDS相位累加器位數(shù)。AD9852的頻率控制字為48bit，即N=48。

　　輸出頻率分辨率由下列公式?jīng)Q定：

　　Δf=fc/2N （4）

　　根據(jù)Nyquist定理，DDS外部參考時(shí)鐘頻率至少是輸出頻率的2倍（f0/2），但工程應(yīng)用中，一般將參考頻率設(shè)為最高輸出頻率的5倍以上。本設(shè)計(jì)中參考頻率為97.5MHz，將的值代入式（4），得DDS輸出信號(hào)的頻率分辨率為3.5 × 10-7Hz。

　　AD9852內(nèi)置12bit DAC，其輸出模擬信號(hào)頻譜中除f0外還帶有fc、fc±f0等頻率分量（fc一f0的頻率最低），需設(shè)計(jì)一個(gè)LPF將其濾除，此處采用了圖2所示的七階Butterworth低通濾波器，對(duì)該濾波器使用ADS仿真的結(jié)果如圖3所示，81 MHz處的衰減達(dá)到- 80．683 dB。

　　圖2七階Butterwoth低通濾波器

　　圖3濾波器仿真結(jié)果

　　2軟件設(shè)計(jì)

　　AD9852的控制一般采用SPI口，普通的MCS51單片機(jī)不帶SPI 13，需要用P1 13模擬SPI口，并提供IOUD CLK和FSK信號(hào)。

　　AD9852 提供了5種工作模式：Single tone、FSK、Ramped FSK、Chirp、BPSK。Single tone模式輸出單一頻率，Ramped FSK模式和Chip模式可以產(chǎn)生掃頻信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用Ramped FSK模式，輸出頻率的波形如圖4所示。

　　圖4 Ramped FSK模式輸出波形

　　圖5軟件主程序流程圖

　　單片機(jī)軟件主程序流程圖如圖5所示。單片機(jī)通過微波開關(guān)來選擇隨機(jī)干擾模式或點(diǎn)頻干擾，掃頻干擾模式，通過向DDS寫控制字來控制DDS的輸出模式。對(duì)式（3）進(jìn)行變換得到頻率控制字：

　　KF=f0 × 2N/fc （5）

　　例如，輸出頻率為16.0 MHz時(shí)，KF = 46 190 765 408928=（2A02A02A02A0）16。

　　3測(cè)試結(jié)果

　　對(duì)干擾器的3種干擾模式分別進(jìn)行測(cè)試，得到的結(jié)果如圖6（a）~（c）所示，其中圖6（b）是使用頻譜儀的最大保持功能記錄到的頻率掃描軌跡。測(cè)試結(jié)果滿足要求。

　　圖6測(cè)試結(jié)果