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引言
移相器是能够控制改变信号相位的并广泛应用于雷达系统，电子对抗系统等。通过控制移相器的相移量来改变天线孔径上的相位分布，从而可以不必机械运功即可扫描空间波束。在移相器的研究中，可调移相器由于可以任意改变移相量，具有更广的应用范围。
本文要设计一款频率范围为2～30MHz，并可以实现射频信号的通道扩展的移相器。根据对不同类型移相器的原理、优缺点进行了分析、探讨，选择用混频移相原理来设计移相器，并提出了设计方案。
射频信号通道扩展与移相设备的关键技术是实现功率分配以及移相，功率分配带来的幅度差损可以通过功率放大进行补偿。本设计中选择通过两次频率变换的方案，变频的主要作用是通过改变第二次混频的本振实现多路输出信号的相位调制。具体实现方案是首先通过一次混频，本振信号L1选择为90MHz，将RF信号变频到中频信号IF（60～88MHz），再将IF信号功分为多路信号，然后再第二次变频还原到RF信号，其中二本振信号L2频率同样为90MHz，通过改变多路本振信号L2之间的相位差来实现调节输出信号的相位。
射频功分移相系统信号变换过程如下所示：
（1）第一次混频（本振L1）。
RF信号：S1（t）=A1cosω1t ;ω1：2～30MHz;L1u1（t）=A2cosω2t ;ω2=90MHz。
一混：
S2（t）=A1A2cosω1t×cosω2t=A1A2[cos（ω1+ω2t+cos（ω1-ω2）t]。
（2）第一次滤波（通帶为60～88MHz）：得到下变频信号，其频率为ω1-ω2。
（3）第二次混频。
（本振L2、L3、L4、L5）L2： u2（t）=A2cos（ω2t+y1）;ω2=90MHz，
二混：S21（t）=A1A2cos（ω1-ω2）t×A2cos（ω2t+y1）
=A1A2A2[cos（ω1t+y1）+cos（ω1t-2ω2t-y1）]/2，
本振L3、L4、L5本振方式与L2相似。得到频率ω1，相位+y1以及频率ω1-2ω2，相位+y1两种信号分量。
（4）第二次滤波（通带为3～30MHz）：得到频率ω1，相位+y1信号分量。
2基于FPGA的接入控制原理
在本方案中，采用FPGA（型号为EP3C55F484C8N）控制5路DDS（型号为AD9958），AD9958由两个直接数字频率合成器（DDS）内核构成，每个通道均可提供独立的频率、相位和幅度控制。这种灵活性可用于校正信号之间由滤波、放大等模拟处理或PCB布局失配而引起的不平衡问题。
发射板卡采用USB总线，通过FPGA控制对DDS内部寄存器的写入。DDS的输出经过变压器，放大器将信号输出给外部的发射机。设备硬件主要包括四大部分：
（1）接口控制，完成设备运行的控制与检测，以及与上位机进行交互完成数据传输。
（2）本振频率合成器，产生5路90MHz的本振信号，其中4路信号作为第二次变频本振信号，他们的相位是要求可调的。
（3）多通道射频前端，完成单信号的变频、滤波、功率分配，以及多路信号的变频、滤波、放大等模拟信号处理，实现单路信号输入多路信号输出。
（4）通道自检模块，主要是耦合多路输出信号。
3simulink仿真结果
使用MATLAB/simulink对电路进行仿真，分别记录第一次混频滤波，第二次混频滤波的信号频谱图，以及最终的信号波形图得出结果如下：
（1）L01模拟RF信号源，频率为15MHz，初相位设为0。
（2）经过product混频后，再通过lowpass filter1滤去高频分量，此时频率为75MHz，过程如所示，高频分量已被滤除至-40dbm以下。
（3）经过product1，product2，product3，product4混频以后，此时频率为15MHz、165MHz。
（4）通过lowpass filter1，lowpass filter2，lowpass filter3，lowpass filter4滤去高频分量，此时频率为15MHz。
（5）经过以上信号处理之后，信号实现了准确移相。成功验证了射频功分移相系统的可行性。
4结束语
本文对射频信号通道扩展与数字移相技术需求做了研究性工作，设计探究了设计射频信号通道扩展与移相设备的框架结构，并详细给出了射频信号处理的基本原理，利用这一原理可以方便地设计设频移相器的具体电路。
因为原始射频信号频带相宽度达到10倍频，且波形调制特性未知，目前尚没有一款能直接实现全频带范围移相的设备。因此，需要进行专门设计短波频段的射频移相器。本文采用两次频率变换及同步滤波的方案实现短波频率宽带移相。其中，变频的主要作用是通过改变第二次混频的本振实现多路输出信号的相位调制。
具体实现方案是首先通过一次混频，本振信号L01选择为90MHz，将RF信号变频到中频信号IF（60～88MHz），再将IF信号功分为多路信号，然后再第二次变频还原到RF信号，其中二本振信号L02频率同样为90MHz，通过改变多路本振信号L02之间的相位差来实现调节输出信号的相位。
参考文献
[1] F. Ellinger， R. Vogt， and W. B?chtold. Ultra compact reflective-type phase shifter MMIC at band with 360 phase-control range for smart antenna combining[J]. IEEE J. Solid-State Circuits， 2002， 37（4）：481–486 .
移相器是能够控制改变信号相位的并广泛应用于雷达系统，电子对抗系统等。通过控制移相器的相移量来改变天线孔径上的相位分布，从而可以不必机械运功即可扫描空间波束。在移相器的研究中，可调移相器由于可以任意改变移相量，具有更广的应用范围。
本文要设计一款频率范围为2～30MHz，并可以实现射频信号的通道扩展的移相器。根据对不同类型移相器的原理、优缺点进行了分析、探讨，选择用混频移相原理来设计移相器，并提出了设计方案。
射频信号通道扩展与移相设备的关键技术是实现功率分配以及移相，功率分配带来的幅度差损可以通过功率放大进行补偿。本设计中选择通过两次频率变换的方案，变频的主要作用是通过改变第二次混频的本振实现多路输出信号的相位调制。具体实现方案是首先通过一次混频，本振信号L1选择为90MHz，将RF信号变频到中频信号IF（60～88MHz），再将IF信号功分为多路信号，然后再第二次变频还原到RF信号，其中二本振信号L2频率同样为90MHz，通过改变多路本振信号L2之间的相位差来实现调节输出信号的相位。
射频功分移相系统信号变换过程如下所示：
（1）第一次混频（本振L1）。
RF信号：S1（t）=A1cosω1t ;ω1：2～30MHz;L1u1（t）=A2cosω2t ;ω2=90MHz。
一混：
S2（t）=A1A2cosω1t×cosω2t=A1A2[cos（ω1+ω2t+cos（ω1-ω2）t]。
（2）第一次滤波（通帶为60～88MHz）：得到下变频信号，其频率为ω1-ω2。
（3）第二次混频。
（本振L2、L3、L4、L5）L2： u2（t）=A2cos（ω2t+y1）;ω2=90MHz，
二混：S21（t）=A1A2cos（ω1-ω2）t×A2cos（ω2t+y1）
=A1A2A2[cos（ω1t+y1）+cos（ω1t-2ω2t-y1）]/2，
本振L3、L4、L5本振方式与L2相似。得到频率ω1，相位+y1以及频率ω1-2ω2，相位+y1两种信号分量。
（4）第二次滤波（通带为3～30MHz）：得到频率ω1，相位+y1信号分量。
2基于FPGA的接入控制原理
在本方案中，采用FPGA（型号为EP3C55F484C8N）控制5路DDS（型号为AD9958），AD9958由两个直接数字频率合成器（DDS）内核构成，每个通道均可提供独立的频率、相位和幅度控制。这种灵活性可用于校正信号之间由滤波、放大等模拟处理或PCB布局失配而引起的不平衡问题。
发射板卡采用USB总线，通过FPGA控制对DDS内部寄存器的写入。DDS的输出经过变压器，放大器将信号输出给外部的发射机。设备硬件主要包括四大部分：
（1）接口控制，完成设备运行的控制与检测，以及与上位机进行交互完成数据传输。
（2）本振频率合成器，产生5路90MHz的本振信号，其中4路信号作为第二次变频本振信号，他们的相位是要求可调的。
（3）多通道射频前端，完成单信号的变频、滤波、功率分配，以及多路信号的变频、滤波、放大等模拟信号处理，实现单路信号输入多路信号输出。
（4）通道自检模块，主要是耦合多路输出信号。
3simulink仿真结果
使用MATLAB/simulink对电路进行仿真，分别记录第一次混频滤波，第二次混频滤波的信号频谱图，以及最终的信号波形图得出结果如下：
（1）L01模拟RF信号源，频率为15MHz，初相位设为0。
（2）经过product混频后，再通过lowpass filter1滤去高频分量，此时频率为75MHz，过程如所示，高频分量已被滤除至-40dbm以下。
（3）经过product1，product2，product3，product4混频以后，此时频率为15MHz、165MHz。
（4）通过lowpass filter1，lowpass filter2，lowpass filter3，lowpass filter4滤去高频分量，此时频率为15MHz。
（5）经过以上信号处理之后，信号实现了准确移相。成功验证了射频功分移相系统的可行性。
4结束语
本文对射频信号通道扩展与数字移相技术需求做了研究性工作，设计探究了设计射频信号通道扩展与移相设备的框架结构，并详细给出了射频信号处理的基本原理，利用这一原理可以方便地设计设频移相器的具体电路。
因为原始射频信号频带相宽度达到10倍频，且波形调制特性未知，目前尚没有一款能直接实现全频带范围移相的设备。因此，需要进行专门设计短波频段的射频移相器。本文采用两次频率变换及同步滤波的方案实现短波频率宽带移相。其中，变频的主要作用是通过改变第二次混频的本振实现多路输出信号的相位调制。
具体实现方案是首先通过一次混频，本振信号L01选择为90MHz，将RF信号变频到中频信号IF（60～88MHz），再将IF信号功分为多路信号，然后再第二次变频还原到RF信号，其中二本振信号L02频率同样为90MHz，通过改变多路本振信号L02之间的相位差来实现调节输出信号的相位。
参考文献
[1] F. Ellinger， R. Vogt， and W. B?chtold. Ultra compact reflective-type phase shifter MMIC at band with 360 phase-control range for smart antenna combining[J]. IEEE J. Solid-State Circuits， 2002， 37（4）：481–486 .