CN103873020B - 一种射频信号源 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频信号源，包括：分频模块、倍频模块及一控制单元，所述的倍频模块包括：倍频器、多路射频开关及多个带通滤波器，所述多路开关用于在所述控制单元的控制下，选择连接其中一个所述带通滤波器；所述控制单元与所述多路开关之间的信号控制线上设有滤波单元。本发明的射频信号源可以解决分频模块和倍频模块由于射频信号串入控制电路所带来的干扰问题。

Description

一种射频信号源

技术领域

本发明涉及测量测试技术领域，特别是关于一种射频信号源。

背景技术

射频信号源，又叫做射频信号发生器，是集多参数为一体的综合型测量仪器，可以输出一定范围内的射频信号，为蜂窝通信、无线连接、音频/视频广播和航空/国防等行业中的基带和射频测试应用提供高达6GHz的标准连续波、模拟调制和数字调制参考信号。它们具有低相位噪声、高输出功率、优异的电平精度和先进的基带功能等特性，可为射频收发信机系统和包含这些系统的元器件生成所需的功能和参数测试信号。借助高输出功率、小信号输出，低相位噪声、内置基带发生器、数字I/O等选件，满足各种特定的需求。

图1为射频信号源基本原理框图，如图1所示，为射频信号源主要包括：VCO模块101，分频模块102，倍频模块103，频率响应补偿模块104，脉冲调制模块105、I/Q调制模块106、自动增益控制模块107、衰减器模块108及高功率放大模块109。

VCO模块101包括VCO(压控振荡器)及频率鉴相模块110，产生频率范围为f2到f3的射频信号。

分频模块102和倍频模块103通过选择开关来选择，通过分频模块102扩展频率范围为f1<fc<f2，通过倍频模块103扩展频率范围为f3<fc<f4(fc为最终输出的频率,f4为射频信号源的最高输出频率)。

由于不同的频率范围采用不同的链路通道，会带来频率响应的恶化，故而采用频率响应补偿模块104对不同频率的信号的功率进行补偿，使其在通过频率响应补偿模块104之后输出功率基本一致。

脉冲调制模块和I/Q调制：信号从频率响应补偿模块104输出之后进入脉冲调制模块105和I/Q调制模块106进行脉冲调制和I/Q调制，也可以不调制直接输出。

为了避免温度变化造成的器件差异，从而导致信号功率变化，信号需要通过自动增益控制模块107，保证其输出功率的稳定性。

信号从自动增益控制模块107输出为一个固定的功率P2(dBm)，而实际上射频信号源的输出功率为可变的，其范围为：P1(dBm)到P3(dBm)之间，即有高功率的输出，也有小信号的输出，衰减器模块108的作用就是将固定的P2控制通过改变衰减器模块的衰减量使其输出的功率可以在P1和P2之间变化。

高功率放大模块109的作用是将固定的信号功率P2，通过该模块的放大，扩展其输出为P3，再配合衰减器模块108的使用，即可实现输出功率在P2和P3之间变化。

上述各个功能模块之间存在相互干扰，为了避免干扰，各个功能模块均需要作隔离。一般情况下，将各个功能模块做物理隔离，即将各个模块分别封装，互相之间用接地模块来区分，分频模块和倍频模块的隔离如图2所示。

对于高频率信号来说，将分频模块和倍频模块分别封装降低了高频信号由于空间的辐射带来的互相之间的干扰。然而，高频信号空间辐射之外，还会通过分频模块和倍频模块的控制电路进行串扰，导致整机的性能指标恶化。

另外，现有倍频模块103的开关结构如图2所示，如果要做二选一的选择，一般由两个开关来形成，两个开关同时选择一个滤波器1或者是滤波器2。若如图2所示选择了滤波器1，而假如存在其他信号，其频率正好处于滤波器2的通带内，则信号会通过滤波器2进入S3，导致S3之后的通道内均带有该信号。而对该信号的幅度的抑制，为S2，S3的隔离度，即两个开关的隔离度，隔离度较低。

发明内容

本发明提供一种射频信号源，以解决分频模块和倍频模块由于射频信号串入控制电路不够所带来的干扰问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种射频信号源，包括：分频模块、倍频模块及一控制单元，所述的倍频模块包括：倍频器、多路射频开关及多个带通滤波器，所述多路开关用于在所述控制单元的控制下，选择连接其中一个所述带通滤波器；所述控制单元与所述多路开关之间的信号控制线上设有滤波单元；所述的滤波单元包括非门及低通滤波器；所述的非门和低通滤波器依次设置在所述控制单元和多路开关之间。

进一步地，所述的非门设置为两级非门。

进一步地，所述低通滤波器包括：一电感、第一电容及第二电容，所述第一电容及第二电容分别连接所述的电感。

进一步地，所述的分频模块包含：多个低通滤波器及多个二极管组，每一所述的低通滤波器通过一个所述的二极管组进行开关控制。

进一步地，所述多路射频开关包括多个输入端开关及多个输出端开关，分设在所述带通滤波器的两侧；所述的多个输入端开关通过一金属腔封装在所述射频信号源的电路板上，所述的多个输出端开关通过另一金属腔封装在所述射频信号源的电路板上。

进一步地，所述多路开关中的每一个开关分别通过所述的滤波单元与所述控制单元连接。

进一步地，所述低通滤波器和非门邻近所述多路开关，并与所述多路开关封装在一起。

进一步地，所述的控制单元由FPGA芯片构成。

本发明实施例的有益效果在于，利用本发明的射频信号源，可以解决分频模块和倍频模块由于射频信号串入控制电路所带来的干扰问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为射频信号源基本原理框图；

图2为现有的倍频模块103的开关结构示意图；

图3为本发明实施例射频信号源的结构示意图；

图4为本发明实施例射频信号源的控制电路示意图；

图5为本发明另一实施例射频信号源的控制电路示意图；

图6为本发明实施例低通滤波器LPF的结构示意图；

图7为本发明另一实施例低通滤波器LPF的结构示意图；

图8现有技术中控制模块与射频开关的连接上示意图；

图9为本发明实施例控制电路及封装设计示意图；

图10为本发明实施例射频开关S1、S2及S4的封装及射频开关S3、S5及S6封装示意图；

图11为本发明实施例倍频模块的开关及封装示意图；

图12为本发明另一实施例倍频模块的开关及封装示意图；

图13为本发明另一实施例倍频模块的开关及封装示意图；

图14为本发明实施例倍频模块的二倍频部分的开关及封装示意图；

图15为本发明实施例的分频模块302的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图3所示，本实施例提供一种射频信号源，该射频信号源包括依次连接的VCO模块301，分频模块302、倍频模块、补偿调制模块303及一控制单元304。

由图3可以看出，倍频模块包括：倍频器305、多路射频开关及多个带通滤波器306。多路开关包括射频开关S1-S6，在控制单元304的控制下，选择连接其中一个带通滤波器306，控制单元304可以由FPGA芯片构成。

在控制单元304与多路开关之间的信号控制线上设有滤波单元，多路开关中的每一个开关分别通过滤波单元与控制单元304连接。滤波单元包括非门U1及低通滤波器LPF。非门U1和低通滤波器依次设置在控制单元304和多路开关之间。

图3中的控制单元304与一条信号控制线上的非门U1、低通滤波器LPF及一个射频开关组成了一个控制电路如图4所示。图4中的滤波单元仅设计了一级非门U1，可选的，滤波单元的非门也可以设置为两级非门，包括非门U1及非门U2，如图5所示。

图4及图5中的低通滤波器LPF可以有多种形式，可以为图6所示的形式，包括：电感L1、电容C2及电容C2，电容C2及电容C2分别连接电感L1。由于控制信号为直流信号，故而滤波器的截止频率可以偏低，一般选取在几兆的范围之内。选定截止频率，则根据切比雪夫形式的滤波器设计可以确定电感L1，电容C1及C2的值。

低通滤波器LPF也可以使用馈通电容型(EMI Suppression Filters)滤波器来实现，如图7所示，该滤波器包括电容C3、C4及C5。图7中的C3的内部结构近似为图6的结构。

如图3所示，多路射频开关可以分为多个输入端开关及多个输出端开关两部分，多个输入端开关包括射频开关S1、S2、S4，设置在带通滤波器306输入侧；多个输出端开关包括射频开关S3、S5、S6，设置在带通滤波器306输出侧。

射频开关S1、S2、S4通过金属腔307封装在射频信号源的电路板上，射频开关S3、S5、S6通过金属腔308封装在射频信号源的电路板上。

低通滤波器和非门U1邻近多路开关设置，并与多路开关封装在一起，如图3所示，分别与射频开关S1、S2、S4连接的低通滤波器和非门U1与射频开关S1、S2、S4共同封装在金属腔307中，分别与射频开关S3、S5、S6连接的低通滤波器和非门U1与射频开关S3、S5、S6共同封装在金属腔308中。

当射频信号由开关串入时，经过LPF信号功率被大大降低，在通过非门U1时，由于非门具有反向输入隔离的性能，其信号功率将再次被降低，由此串入控制信号的射频信号已经基本消除了。同时，上述将开关S1-S11进行分组封装，可以避免射频信号在串入控制电路的同时进行的空间辐射，可以彻底解决射频信号的互相干扰问题，下面简单介绍为何上述封装能够实现该效果。

如图8所示，现有技术中，控制模块(FPGA芯片)通过两根传输线分别控制两个射频开关Sm，Sn，而Sm的射频信号f1串入了控制信号传输线，通过空间耦合，f1同样进入了射频开关Sn，从而导致了射频开关控制的射频信号中均携带了f1。

为了解决上述串扰的问题，本申请采用如图10所示的控制电路及封装设计，射频信号f1串入控制信号1之后，传输线上通过滤波器的抑制和非门的反向隔离已经很小，即从传输线上串扰已经基本没有了。而通过空间的耦合干扰部分，由于采用了接地的金属腔体单独封装，所以空间耦合也消除了。所以S2中基本上携带的f1已经可以忽略了。

图9中，m，n为射频开关S1-S11的某一开关，通过上述分析可知，本发明需要将射频开关S1、S2及S4封装在一起，将射频开关S3、S5及S6封装在一起，将射频开关S7及S8封装在一起，将射频开关S9单独封装，将射频开关S10及S11封装在一起。射频开关S1、S2及S4的封装及射频开关S3、S5及S6封装示意如图10所示。

在射频信号源中，图1中的VCO(压控振荡器)输出之后分为两部分，一部分为分频模块，频率范围为25MHz到1500MHz；一部分为倍频模块，频率范围为1500MHz到6000MHz。

当倍频模块P1输入的射频信号频率为1500MHz-2000MHz时，同时携带不需要的分谐波为750MHz-1000MHz，谐波2250MHz-3000MHz，则开关如图11所示选择让1500MHz-2000MHz有效信号通过，而其余不需要的信号通过带通滤波器滤除。然而开关器件的隔离度有限，例如S1选择1通道通过，但是射频信号同样会落入2通道，两者功率相差一个开关的隔离度Pis(dB)，为了提高隔离度，所以射频开关如图11切换。

在图11中，倍频模块对谐波分量的抑制最小可为：开关S2的隔离度+开关S5的隔离度+开关S6的隔离度，即三个开关的隔离度之和，相比较一个开关有了很大的提升。

当P1输入2000MHz-2500MHz时，同时携带不需要的分谐波为1000MHz-1250MHz，谐波3000MHz-3750MHz，则开关选择带通滤波器2000MHz-2500MHz通过，而其余不需要的信号通过带通滤波器滤除，射频开关选择如图12所示的切换方式。

在图12中，倍频模块对谐波分量的抑制最小可为：开关S1的隔离度+开关S4的隔离度+开关S5的隔离度，即三个开关的隔离度之和，相比较一个开关有了很大的提升。

当P1输入2500MHz-3000MHz时，同时携带不需要的分谐波为1250MHz-1500MHz，谐波3750MHz-4500MHz，则开关选择带通滤波器2500MHz-3000MHz通过，而其余不需要的信号通过带通滤波器滤除，射频开关选择如图13所示的切换方式。

在图13中，倍频模块对谐波分量的抑制最小可为：开关S1的隔离度+带通滤波器2.0GHz-2.5GHz对信号的抑制+开关S5的隔离度，相比较一个开关同样有了很大的提升。

图11、图12及图13的倍频模块为图3中倍频模块的左半部分，包括开关S1-S6及多个带通滤波器306。通过图11、图12及图13的倍频模块部分之后，P2点的输出信号频率为1500MHz-3000MHz。而当要输出射频信号3000MHz-6000MHz，时还需要再次进行2倍频。所以，在另一实施例中，倍频模块还包括：二次倍频部分，二次倍频部分的具体结构详见图3及图14。如图3所示，二次倍频部分包括：射频开关S7-S11带通滤波器309及倍频器310组成。射频开关S7-S11分别与控制单元304通过不同的控制线相连接，并且控制线上均设有非门U3及低通滤波器。射频开关S7同与其连接的非门及低通滤波器通过金属腔体311封装在一起，射频开关S8同与其连接的非门及低通滤波器通过金属腔体312封装在一起，射频开关S9同与其连接的非门及低通滤波器通过金属腔体313封装在一起，射频开关S10同与其连接的非门及低通滤波器通过金属腔体314封装在一起，射频开关S11同与其连接的非门及低通滤波器通过金属腔体315封装在一起。

由图14可以看出，倍频模块对3000MHz的分谐波的隔离度同样由3个射频开关来完成：开关S7的隔离度+开关S8的隔离度+开关S11的隔离度。

在另一实施例中，如图15所示，分频模块302包含：多个低通滤波器及多个二极管组，每一所述的低通滤波器通过一所述的二极管组进行开关控制。分频模块302中，由于信号的频率不高，一般在1500MHz一下，所以采用的是二极管作开关控制，一个二极管作为开关已经能够实现其功能。然而，一个二极管的隔离度太小，为了增加开关两路之间的隔离度，故而在直通的链路通道上增加二极管组，由此牺牲一定的插入损耗，来大大提升两个通道之间的隔离度。

本发明实施例的有益效果在于，利用本发明的射频信号源，可以解决分频模块和倍频模块由于射频信号串入控制电路以及开关隔离度不够所带来的干扰问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种射频信号源，包括：分频模块、倍频模块及一控制单元，所述的倍频模块包括：倍频器、多路射频开关及多个带通滤波器，所述多路开关用于在所述控制单元的控制下，选择连接其中一个所述带通滤波器；其特征在于，所述控制单元与所述多路开关之间的信号控制线上设有滤波单元；

所述的滤波单元包括非门及低通滤波器；

所述的非门和低通滤波器依次设置在所述控制单元和多路开关之间；

所述的分频模块包含：多个低通滤波器及多个二极管组，每一所述的低通滤波器通过一个所述的二极管组进行开关控制；

所述多路射频开关包括多个输入端开关及多个输出端开关，分设在所述带通滤波器的两侧；采用同一谐波分量抑制通道中的各开关的隔离度之和，对输入射频信号或输出射频信号进行隔离。

2.根据权利要求1所述的射频信号源，其特征在于，所述的非门设置为两级非门。

3.根据权利要求2所述的射频信号源，其特征在于，所述低通滤波器包括：一电感、第一电容及第二电容，所述第一电容及第二电容分别连接所述的电感。

4.根据权利要求1所述的射频信号源，其特征在于，所述的多个输入端开关通过一金属腔封装在所述射频信号源的电路板上，所述的多个输出端开关通过另一金属腔封装在所述射频信号源的电路板上。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的射频信号源，其特征在于，所述多路开关中的每一个开关分别通过所述的滤波单元与所述控制单元连接。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的射频信号源，其特征在于，所述低通滤波器和非门邻近所述多路开关，并与所述多路开关封装在一起。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的射频信号源，其特征在于，所述的控制单元由FPGA芯片构成。