一種小型數字調相發射機

以往在空空導彈遙測中多采用PCM／FM體制，發射機為調頻方式，多工作于鎖相調頻方式。某低空炮彈遙測系統為提高抗地面多徑干擾的能力，采用了直序擴頻調制，需要使用四相調制(QPSK)發射機。該發射機與信號采集電路采用數字接口，利用雙路差分輸出數／模轉換電路AD9761產生基帶I／Q信號，利用ADF4360-1鎖相環產生差分本振信號，利用AD8346進行差分正交調制，采用差分電路提高了系統性能，降低了本振泄漏，采用射頻放大芯片HMC478和HMC457將信號放大到29 dBm。經測試功率輸出端的信號調制矢量誤差(EVM)為5％。該發射機已經參與遙測系統試驗，結果證明工作穩定。

1 發射機常用調制方式
發射機調制方式常用中頻調制和射頻直接調制2種方式。中頻調制是在較低的中頻上進行調制后，再通過混頻等頻率變換，把該中頻信號搬移到需要的發射載波頻率上去。對射頻的直接調制是在需要發射的射頻頻率上進行的，直接把基帶信號調制到射頻載波頻率上，沒有變頻環節。兩種調制方式各有優缺點，主要對比見表1。

由于中頻調制一般是在較低的頻率上進行的，調制器的選擇范圍大，易于實現，并且由于變頻環節的存在，對調制的直流分量和載波泄露都有較好的抑制。但因采用了變頻環節，所以相對直接射頻調制需要增加混頻器、濾波器和一級本振，提高了系統復雜度，增加了系統成本，可靠性也有所降低。同時由于中頻頻率較低，難以實現較高的調制帶寬。
射頻直接調制的方法具有系統簡單可靠，調制帶寬寬，器件少，成本低等優點，比較適合高數據率、小體積等場合的應用需要。但存在適應載波頻率受限，載波泄露較大，對本振要求要較高等問題，在對載波泄漏、帶外衰減的要求嚴格時難以滿足指標要求。

2 發射機設計
本系統工作在遙測專用的S波段，一般情況下用戶數有限，對于載波泄漏和帶外衰減要求不太嚴格，而本系統關鍵問題是遙測艙可用空間小，需要抗很強的炮彈發射過載，因此本方案選用射頻直接調制方式。本發射機本振和I，Q信號都采用差分輸出方式，利用差分接口的調制器實現調制，較好地抑制了電路中的共模干擾。圖1為發射機原理框圖。基帶信號經濾波對射頻本振進行調制，而后經射頻放大、低通濾波器除諧波輸出。

2．1 數字接口設計
因前端數字電路可直接輸出差分的I，Q數字信號，因此設計初期在發射機中未設計數字接口電路，直接由前端數字電路輸出的差分I，Q信號對射頻本振進行正交調制，但經實際試驗，調制特性太差，主要原因在于數字電路輸出與調制器難以匹配。因此對其進行了改進，在發射機內加入了由AD9761雙路差分輸出DAC構成的接口電路。該電路具有40 MSPS轉換速率(單路40 MSPS)、10 bit DAC、雙路差分轉換輸出，并
且具有2倍采樣插值濾波功能。該電路輸出為電流模式，能夠實現與調制器的良好匹配。
2．2 基帶濾波電路設計
符號速率為1 MHz的隨機序列頻譜如圖2所示。對信號進行濾波可以對邊帶信號進行抑制，減小帶寬的占用。如果采用模擬濾波則需要的濾波器階數很高，這會增大濾波器的體積，降低環境的穩定性。采用數字濾波技術可以很方便地實現高階濾波，對近端帶外信號進行抑制，降低對模擬濾波器的要求。本方案采用的數字接口電路是具有2倍采樣43階FIR的低通插值濾波電路，相當于增加了濾波器，阻帶抑制達到62 dB，因此調制輸出的信號頻譜特性得到了很大改善，通帶外的近端頻譜得到了很大抑制，對于高于轉換時鐘的頻率，其濾波特性的周期性折疊。圖3為經過插值數字濾波后的頻譜與原頻譜的對比，數字插值濾波電路的阻帶抑制使模擬濾波器有較寬的過渡帶，電路要求得以降低。
為簡化電路，本方案采用了較簡單的RC濾波電路，旁瓣抑制達到40 dB。