CN103297044A - 一种微波信号源及微波信号产生的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微波信号源及微波信号产生的方法，其中所述微波信号源包括：高稳晶体振荡器，用于产生多路频率基准信号；信号输出组件，用于基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号；第一级混频滤波组件，用于将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号；第二级混频滤波组件，用于将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号。本发明能够在生产实践中兼顾多点频下调频频偏固定和相位噪声低的要求。

Description

一种微波信号源及微波信号产生的方法

技术领域

本发明涉及微波信号处理的技术领域，特别是涉及一种微波信号源，以及一种微波信产生的方法。

背景技术

信号源是用来产生所需参数的电测试信号的仪器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。在使用信号源产生所需测试信号时，常常要考虑相位噪声的影响。相位噪声是由于噪声引起的边带扩展，它是表征信号短期频率稳定度的重要参量和评价频谱纯度的重要指标。作为测试系统的信号源，还要满足用户灵活多变的需求，其中，调频频偏固定是常见的用户要求，它是指调频信号频率偏离中心频率（固定值）的最大偏移量，工程上使用时，一般要求为线性关系，称之为线性调频。然而，一般的信号发生方法难以兼顾相位噪声低和频偏固定的要求。

例如，作为测试系统的信号源，用户需要载频频率为X波段的三个或更多频点，具有极低的相位噪声，且调频频偏为固定值，与载频频率之比很小等等。

为了实现上述要求，一般的方法有以下几种：

（a）采用低频信号进行频率调制，多次倍频，实现所需频率和调制特性的信号。该方法频率稳定性和调频频偏稳定性满足要求，但是信号三阶交调较高，频谱纯度不太高。

（b）采用频率综合器与压控振荡器相结合，产生所需信号。该方法所产生的杂波较多，信号谐波抑制性能相对差，频谱纯度不高。

（c）采用宽带高性能多功能信号源，外加调制信号，直接产生所需信号。此方法能够满足用户要求，但其成本很高，一般用户难以接受，使用受到限制。

因而，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何产生一种微波调频信号，能够在生产实践中兼顾多点频下调频频偏固定和相位噪声低的要求。

发明内容

本发明提供一种微波信号产生的方法，以解决生产实践中一般的微波信号产生方法无法实现多点频下调频频偏固定和相位噪声低的问题。

相应的，本发明还提供了一种微波信号源，用以保证上述方法在实际中的应用。

为了解决上述问题，本申请公开了一种微波信号源，包括：

高稳晶体振荡器，用于产生多路频率基准信号；

信号输出组件，用于基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号；

第一级混频滤波组件，用于将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号；

第二级混频滤波组件，用于将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号。

优选地，所述多路频率基准信号为大于或等于3路频率基准信号，所述信号输出组件包括：

调频锁相环单元，用于产生调频信号，并将所述调频信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得满足指定载波频率及调频频偏的调频信号；

X波段脉冲介质锁相源单元，用于产生X波段本振信号，并将所述X波段本振信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得X波段锁相信号；

L波段本振单元，用于产生n个频率不同的L波段微波信号，将所述n个L波段微波信号分别与所述剩余的n路频率基准信号进行锁相，获得n个L波段点频信号；根据上位机传送的频率控制命令选择其中一个L波段点频信号，其中，所述n为大于或等于1的整数。

优选地，所述调频锁相环单元包括压控振荡器、鉴相器、分频器和低通滤波器。

优选地，所述X波段脉冲介质锁相源单元包括X波段介质振荡器、鉴相器、分频器和滤波器。

优选地，所述L波段本振单元包括：n个独立锁相振荡器、单片机频率控制器和微波单刀开关。

优选地，所述第一级混频滤波组件包括：

混频器，用于将所述调频锁相环单元输出的调频信号与X波段脉冲介质锁相源单元生成X波段锁相信号进行混频，产生X波段调频信号；

滤波放大组件，用于对所述X波段调频信号进行滤波和放大后，输出预设功率的X波段调频信号。

优选地，所述第二级混频滤波组件包括：

X波段混频器，用于将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，产生X波段点频下的调频信号；

滤波放大隔离组件，用于对所述X波段点频下的调频信号进行滤波、放大和隔离后，输出预设功率的X波段点频下的调频信号。

本发明还公开了一种微波信号产生的方法，包括：

产生多路频率基准信号；

基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号；

将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号；

将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号。

优选地，所述多路频率基准信号为大于或等于3路频率基准信号，所述基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号的步骤包括：

产生调频信号，并将所述调频信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得满足指定载波频率及调频频偏的调频信号；

产生X波段本振信号，并将所述X波段本振信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得X波段锁相信号；

产生n个频率不同的L波段微波信号，将所述n个L波段微波信号分别与所述剩余的n路频率基准信号进行锁相，获得n个L波段点频信号；根据上位机传送的频率控制命令选择其中一个L波段点频信号，其中，所述n为大于或等于1的整数。

优选地，所述将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号的步骤包括：

将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，产生X波段调频信号；

对所述X波段调频信号进行滤波和放大后，输出预设功率的X波段调频信号。

优选地，所述将L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号的步骤包括：

将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，产生X波段点频下的调频信号；

对所述X波段点频下的调频信号进行滤波、放大和隔离后，输出预设功率的X波段点频下的调频信号。

与现有技术相比，本申请包括以下优点：

第一，本发明实施例提供了一种微波信号源，采用了多次振荡和混频方式，能够在成本较低的条件下产生一种调频信号，同时满足一般用户提出的功能和性能上的要求。

第二，由于采用了高稳晶体振荡器，产生的频率基准信号稳定性高、相位噪声极低，因此，基于频率基准信号经过锁相、混频等变换最终得到的信号，其信号频率稳定性、准确度和频谱纯度也较高。

第三，本发明实施例采用单片机频率控制器与上位机进行通信，可灵活选择所需的信号进行输出，并选用L波段信号经过混频输出X波段某一点频下的调频信号，实现X波段多频点频率组合的需要。

附图说明

图1示出了本发明一种微波信号源实施例1的结构框图；

图2示出了本发明一种微波信号产生的方法实施例的步骤流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1，示出了本申请一种微波信号源实施例1的结构框图，可以包括：

高稳晶体振荡器101，用于产生多路频率基准信号；

在本实施例中，可以采用低频（100MHz）高稳定、低相噪晶体振荡器（TCXO）产生多个频率基准信号，也可以采用TCXO生成一个频率基准信号并分多路输出。

信号输出组件102，用于基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号；

具体而言，频率基准信号是微波信号源为产生所需参数的微波信号常用的参考信号，基于频率基准信号，进行相应的变换和处理，可以让输出的微波信号具有频率基准信号的某些性质。

例如，在本实施例中，可以采用高稳定、低相噪晶体振荡器产生多路频率基准信号，基于频率基准信号，将对应的振荡器产生的调频信号、X波段锁相信号及L波段点频信号等微波信号进行锁相、分频及滤波等变换和处理，可以使输出信号频率稳定度和准确度能够与频率基准信号接近或相同，以较好的满足用户对微波信号源所产生的微波信号质量的要求。

第一级混频滤波组件103，用于将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号；

第二级混频滤波组件104，用于将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号。

所谓“混频”是指将两个频率的信号相乘，得到和频信号或差频信号，本领域技术人员采用任一种装置进行混频都是可行的，本发明实施例对此无需加以限制。

在本发明实施例中，由于采用了高稳晶体振荡器，产生的频率基准信号稳定性高、相位噪声极低，基于频率基准信号产生的L波段点频信号、调频信号及X波段锁相信号频率稳定度和准确度能够与频率基准信号接近甚至相同，最终输出X波段某一点频下的调频信号是通过频率基准信号和L波段点频信号、调频信号及X波段锁相信号变换而来，其相位噪声极低，在最好情况下能够达到或接近基准信号的水平。此外，本发明实施例中提出的微波信号源所采用的器件价格便宜，整个微波信号源成本低，一般的用户使用不会受到价格的限制。

实施例二

本申请还公开了一种微波信号源实施例2，具体可以包括：

高稳晶体振荡器，用于产生多路频率基准信号；

在实际中，可以采用低频（100MHz）高稳定、低相噪晶体振荡器（TCXO）产生一个频率基准信号并分多路输出。

信号输出组件，用于基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号；

在本发明的一种优选实施例中，所述信号输出组件可以包括以下单元：

调频锁相环单元S201，用于产生调频信号，并将所述调频信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得满足指定载波频率及调频频偏的调频信号；

应用本发明实施例，将产生的调频信号与频率基准信号进行锁相，可以使得输出调频信号的频率稳定度和准确度与频率基准信号相同。

作为本发明实施例具体应用的一种示例，所述调频锁相环单元S201可以包括压控振荡器、鉴相器、分频器和低通滤波器。

具体而言，工业上一般使用线性调频，根据调频频偏与调制信号的幅度的线性关系，用调制信号调制压控晶体振荡器，可以产生1个固定频偏的调频信号，经过分频、滤波等处理后输出。在本发明实施例中，调频锁相环单元可以采用1600MHz压控振荡器（VCO）、鉴相器、分频器、低通滤波器等器件组成，用外部电路产生的调制信号调制VCO可以产生某一固定调频频偏的1600MHz信号，通常该调频频偏为千赫兹的数量级，如125kHz的固定调频频偏；经过锁相环鉴相器、分频器和低通滤波器的处理，可以产生载波频率为200MHz、固定调频频偏的调频信号。

X波段脉冲介质锁相源单元S202，用于产生X波段本振信号，并将所述X波段本振信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得X波段锁相信号；

应用本发明实施例，将产生的X波段本振信号与频率基准信号进行锁相，可以使得输出X波段锁相信号的频率稳定度和准确度与频率基准信号相同。

作为本发明实施例具体应用的一种示例，所述X波段脉冲介质锁相源单元S202可以包括X波段介质振荡器、鉴相器、分频器和滤波器等。

L波段本振单元S203，用于产生n个频率不同的L波段微波信号，将所述n个L波段微波信号分别与所述剩余的n路频率基准信号进行锁相，获得n个L波段点频信号；根据上位机传送的频率控制命令选择其中一个L波段点频信号，其中，所述n为大于或等于1的整数。

作为本发明实施例具体应用的一种示例，所述L波段本振单元包括：n个独立锁相振荡器、单片机频率控制器和相应的微波单刀多掷开关。

本实施例与图1所示的实施例的主要区别在于，本实施例中产生L波段点频信号的电路可以为多个。

例如，L波段本振单元可以由单片机频率控制器（包含RS485串口）、微波单刀三掷开关和3路独立锁相振荡器组成。将频率基准信号输入到3路独立锁相振荡器中，经过锁相，可以分别产生3个频率不同的L波段的点频信号；单片机频率控制器通过RS485串口，与上位机进行通信，将传送来的频率控制命令解读，并程控选择微波单刀开关状态，控制三个振荡器的工作，选择产生的3个L波段点频信号中的一个进行输出。

第一级混频滤波组件，用于将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号；

在本发明的一种优选实施例中，所述第一级混频滤波组件203可以包括以下部件：

混频器，用于将所述调频锁相环单元输出的调频信号与X波段脉冲介质锁相源单元生成X波段锁相信号进行混频，产生X波段调频信号；

滤波放大组件，用于对所述X波段调频信号进行滤波和放大后，输出预设功率的X波段调频信号。

具体而言，可以采用放大器、滤波器等器件对混频后产生的X波段调频信号进行放大和滤波，输出预设功率的X波段调频信号。

第二级混频滤波组件，用于将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号。

在实际应用中，为了提供一种可以实现载频频率为X波段的多个频点之一的微波信号源，可以选用L波段信号，经过混频后实现X波段多频点频率组合的需要。在具体实现中，所述第二级混频滤波组件还可以设置稳幅电路，以控制输出信号的功率在所要求的范围内。

在本发明的一种优选实施例中，所述第二级混频滤波组件可以包括以下部件：

X波段混频器，用于将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，产生X波段点频下的调频信号；

滤波放大隔离组件，用于对所述X波段点频下的调频信号进行滤波、放大和隔离后，输出预设功率的X波段点频下的调频信号。

在本实施例中，所述微波信号源可以在保证极低的相位噪声要求的同时，确保在多个不同的载波频率下，调频信号的调频频偏固定不变，且与载频频率之比值很小（≤1×10^-5）。其整体设计方案构成的微波信号源采用多次振荡和混频方式，杂波抑制能够达到小于-70dBc要求，输出的信号相位噪声受制于频率基准信号，输出信号频带与滤波器频带相关，信号质量已达到或超过了一般用户提出的要求。

实施例三

参照图2，示出了本发明一种微波信号产生的方法实施例的步骤流程图，可以包括以下步骤：

步骤301，产生多路频率基准信号；

步骤302，基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号；

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤302可以包括以下子步骤：

子步骤S321，产生调频信号，并将所述调频信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得满足指定载波频率及调频频偏的调频信号；

子步骤S322，产生X波段本振信号，并将所述X波段本振信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得X波段锁相信号；

子步骤S323，产生n个频率不同的L波段微波信号，将所述n个L波段微波信号分别与所述剩余的n路频率基准信号进行锁相，获得n个L波段点频信号；根据上位机传送的频率控制命令选择其中一个L波段点频信号，其中，所述n为大于或等于2的整数。

步骤303，将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号；

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤303可以包括以下子步骤：

子步骤S331，将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，产生X波段调频信号；

子步骤S332，对所述X波段调频信号进行滤波和放大后，输出预设功率的X波段调频信号。

步骤304，将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号。

在本发明的一种优选实施例中，所述步骤304可以包括以下子步骤：

子步骤S341，将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，产生X波段点频下的调频信号；

子步骤S342，对所述X波段点频下的调频信号进行滤波、放大和隔离后，输出预设功率的X波段点频下的调频信号。

对于方法实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种微波信号源以及一种微波信产生的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种微波信号源，其特征在于，包括：

高稳晶体振荡器，用于产生多路频率基准信号；

信号输出组件，用于基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号；

第一级混频滤波组件，用于将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号；

第二级混频滤波组件，用于将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号。

2.根据权利要求1所述的微波信号源，其特征在于，所述多路频率基准信号为大于或等于3路频率基准信号，所述信号输出组件包括：

调频锁相环单元，用于产生调频信号，并将所述调频信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得满足指定载波频率及调频频偏的调频信号；

X波段脉冲介质锁相源单元，用于产生X波段本振信号，并将所述X波段本振信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得X波段锁相信号；

L波段本振单元，用于产生n个频率不同的L波段微波信号，将所述n个L波段微波信号分别与所述剩余的n路频率基准信号进行锁相，获得n个L波段点频信号；根据上位机传送的频率控制命令选择其中一个L波段点频信号，其中，所述n为大于或等于1的整数。

3.根据权利要求2所述的微波信号源，其特征在于，所述调频锁相环单元包括压控振荡器、鉴相器、分频器和低通滤波器。

4.根据权利要求2所述的微波信号源，其特征在于，所述X波段脉冲介质锁相源单元包括X波段介质振荡器、鉴相器、分频器和滤波器。

5.根据权利要求2所述的微波信号源，其特征在于，所述L波段本振单元包括：n个独立锁相振荡器、单片机频率控制器和微波单刀开关。

6.根据权利要求1所述的微波信号源，其特征在于，所述第一级混频滤波组件包括：

混频器，用于将所述调频锁相环单元输出的调频信号与X波段脉冲介质锁相源单元生成X波段锁相信号进行混频，产生X波段调频信号；

滤波放大组件，用于对所述X波段调频信号进行滤波和放大后，输出预设功率的X波段调频信号。

7.根据权利要求1所述的微波信号源，其特征在于，所述第二级混频滤波组件包括：

X波段混频器，用于将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，产生X波段点频下的调频信号；

滤波放大隔离组件，用于对所述X波段点频下的调频信号进行滤波、放大和隔离后，输出预设功率的X波段点频下的调频信号。

8.一种微波信号产生的方法，其特征在于，包括：

产生多路频率基准信号；

基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号；

将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号；

将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多路频率基准信号为大于或等于3路频率基准信号，所述基于所述多路频率基准信号分别生成调频信号，X波段锁相信号及L波段点频信号的步骤包括：

产生调频信号，并将所述调频信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得满足指定载波频率及调频频偏的调频信号；

产生X波段本振信号，并将所述X波段本振信号与其中一路频率基准信号进行锁相，获得X波段锁相信号；

产生n个频率不同的L波段微波信号，将所述n个L波段微波信号分别与所述剩余的n路频率基准信号进行锁相，获得n个L波段点频信号；根据上位机传送的频率控制命令选择其中一个L波段点频信号，其中，所述n为大于或等于1的整数。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，输出X波段调频信号的步骤包括：

将所述调频信号与X波段锁相信号进行混频，产生X波段调频信号；

对所述X波段调频信号进行滤波和放大后，输出预设功率的X波段调频信号。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，输出X波段点频下的调频信号的步骤包括：

将所述L波段点频信号与X波段调频信号进行混频，产生X波段点频下的调频信号；

对所述X波段点频下的调频信号进行滤波、放大和隔离后，输出预设功率的X波段点频下的调频信号。

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