前言
在现代无线通信系统中，对大容量、高速数据的无线传输提出了越来越高的要求，许多制造商也推出了基于802.11系列协议的射频IC，并广泛应用于无线路由器、蓝牙等技术.4GHz频段的使用需求越来越大，但除了一些高端信号发生器外，还有2台.4GHz产生频段信号，大多数普通信号发生器不涉及2.4GHz基于2的频段开发.4GHz射频信号发生器用于满足科研和教学仪器的需要。基于此，本文设计成本低，性能可靠.4GHz射频信号发生器的频段。基于此，本文设计成本低，性能可靠.4GHz射频信号发生器的频段。
系统方案
系统方案通过仪器面板上的人机控制设置工作频率和基带调制模式FPGA直接控制生成四种基本调制模式，即QPSK、16/64-QAM、GMSK、FSK，并将基带I/Q两路信号串并转换后送入AD9856将信号调制到70MHz中频信号，然后通过上混频器MAX2671混频至2450MHz射频信号，然后将混频信号送入射频滤波器，然后通过可控增益放大器输出信号。
2.4GHz如图1所示。
电路设计
信号调制电路
信号调制电路首先是FPGA采用电路设计ALTERA公司的EP1C20芯片，用VHDL编程实现控制信息由人机界面输出，然后将控制信息输出到所需的信号中AD9856。AD9856是ADI公司单片混合信号的12位积分数上行转换器，采样速为200MSPS，产生80MHz数字输出和80dB窄带无杂散信号动态范围。AD9856具有200MHz内部时钟，集成带锁定指示器的4~20倍可编程时钟倍频器，提供高精度的系统时钟、单端或差异输入参考时钟，并可输出数据时钟；内部32个正交DDS，可实现FSK调制功能；12位DDS和DAC可接受复合数据路径结构I/Q输入数据；32位频率控制字，采用与SPI兼容接口，使用FPGA可靠方便地控制串行时钟MHz;具有反转SINC功能，在DAC转换前恢复出想要得到的信号包络。利用AD9856生成调制信号的电路框图见图2所示。利用AD9856生成调制信号的电路框图见图2所示。
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图1系统框图
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图2 AD9856生成调制信号的电路
从图2可以看出，在FPGA内部编码调制，产生I/Q两路信号串并转换后送入AD9856 中，在AD9856内部有一个DDS内核,通过FPGA控制产生正交本振信号正交调制器进行控制I/Q相乘信号后，相加，产生正交调制信号，具体的调制模式可以通过FPGA基带信号编码映射设计最终通过12位DAC模拟差分信号输出转换为正交调制，然后用耦合射频变压器将输出的差分信号转换为单端信号，通过70MHz的SAW滤波器滤波器，最后选择中频放大器进行信号放大，可送入混频器进行混频。
混频器电路 混频电路对2.4GHz实现频段极其重要，70主要完成M中频信号调制到2.4GHz射频需要混频电路的频带抑制型，这里选择MAXIM公司的专用2.4GHz频段的MAX2671混频芯片。MAX2671允许中频输入频率为40MHz到500MHz射频输出频率在2之间.4GHz到2.5GHz之间。单通道乘法器采用单端信号集成在2450MHz射频信号混频输出时，有8.9dB因此，本振信号为-10dBm到+5dBm之间均可。输入输出匹配时，只需要很少的外围设备，其电路结构如图3所示。
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图3 MAX2671电路
射频振信号电路设计
在信号发生器设计中，70MHz中频信号混频至2450MHz的ISM2380频段的射频信号需要产生射频本振信号MHz。采用本振信号电路PLL+VCO锁相环路提供精度高、稳定性高、频率可变等优点，便于以后频率资源的调整或扩展。本振动信号的频率稳定性非常重要，以集成电路为核心，采用ADI公司频率合成器ADF4113和MAXIM压控振荡器MAX2750，其原理框图如图4所示。
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图4射频本振信号电路框
通过控制频率合成器FPGA控制锁相环频率合成器ADF4113，根据ADF参考晶振频率和压控振荡器在4113内完成(VCO)(经N分频 通过低通滤波器，将相位差的比较转换为相应的线性电压输出(LPF)考虑到高频干扰后，获得相对稳定的电压，控制VCO为了获得所需的2380振荡频率输出MHz本振信号。
ADF4113是ADI公司的高性能频率合成器最高工作频率为4GHz。ADF4113主要是低噪声数字相机(PFD)、精密电荷泵，可编程参考分频器A(6bit)及B(13bit)分频计数器和双模分频器(P/P+1)构成。MAX2750是MAXIM公司用于2.4GHz到2.5GHz的ISM2频段压控振荡器.4GHz～2.5GHz的ISM其电路结构如图5所示。
LPF其作用是去除电压的高频干扰，从而获得更稳定的电压。LPF专用程控滤波器芯片可用于设计，如使用MAX297可调整低通截止频率，截止频率为0~50KHz，这种设计更灵活；另一种方法是使用标准的3阶无源环路滤波器，即使用LRC电路设计。
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图5 MAX2750电路图
设计测试
确定各级测试频率和输入输出dB值，完成系统调试。进入MAX2671中频信号功率-30dBm～-20dBm，射频本振信号功率-10dBm～+5dBm。射频本振信号电路的输出频谱如图6所示。从图中可以看出，信号源输出功率达到-9dBm，能完全满足上混频器的要求MAX2671射频本振信号输入-10dBm到+5dBm之间的要求。从图中可以看出，信号源输出功率达到-24.5dBm，能完全满足上混频器的要求MAX2671中频信号输入-30dBm到-25dBm之间的要求。
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图6 2380MHz的射频LO信号频谱
图7为混频器MAX2671输出信号频谱，70MHz中频信号和2380MHz的射频LO信号混频输出2310MHz和2450MHz2310通过射频介质滤波器过滤上下频信号MHz获得所需的2450频分量MHz通过可调功率放大器设置输出功率，然后将其输入N型头输出。
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图7 MAX输出信号频谱2671
结语 基于2.4GHz射频信号发生器是为满足无线通信和无线局域网的广泛应用而设计的。成本低，外围电路简单，工作频带稳定，参数可调，人机界面友好，与普通信号发生器操作一样方便，能满足测试仪器、教学和科研的应用要求。
