CN104065381A - 一种星用频综源及其频率合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星用频综源及其频率合成方法，其由晶体振荡器、频率合成单元组成。晶体振荡器所输出基频信号经多次倍频、分频、混频后输出所需X波段的频点。本发明在处理倍频链路环节，采用有源倍频方案即：输入信号经放大器饱和放大后输入到窄带滤波器，取所需谐波分量，在保证性能指标最优化的同时，有效避免了锁相方案引入的相噪性能差以及无源倍频中阶跃管倍频器调试量大，结构复杂，可靠性低的缺点。具有方案简单，相位噪声优越，可靠性高的优点，其超低相位噪声的优点，提高了现有星用高度计测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及航天微波有源产品领域，主要是涉及一种应用于监测和调查海洋环境卫星雷达高度计分系统的频综源及其装置。
背景技术
目前，卫星通信，尤其是数字卫星通信对变频器的本振源提出了较高的要求，如较高的频率稳定度、高的频谱纯度、较低的相位噪声、满足要求的输出电平、方便的多频率输出转换等。为此，变频器通常都采用微波锁相振荡器和微波合成器作为本振频率源。
微波频率合成的基本方式有两种：直接式和间接式。直接式频率合成具有转换波道快的特点，但频率的四则运算是采用混频、倍频、分频等技术，因而在工作过程中会产生大量的谐波，需用滤波器来抑制，故设备结构复杂，成本和体积增加。同时，高次倍频还会造成输出信噪比变坏。因此，直接式频率合成器的地球站中很少采用。
间接式频率合成是运用锁相技术与数字分频等技术结合对频率进行四则运算，谐波分量是利用锁相环路的窄带滤波特性加以滤除而不采用滤波器，间接式频率合成器的方案很多，卫星通信地球站所采用的主要有混频锁相式、取样锁相式和数字分频锁相式三种。常用星用频综采取的频率合成方式为间接频率合成，即锁相频率合成，但因相位噪声性能不够优越，不能满足高度计高分辨率对频综低相位噪声性能的要求。
星用频综源通过将基频信号经多次倍频、分频、混频后输出所需X波段的频点用作雷达高度计分系统作本振信号。其中，X波段是指频率在8-12GHz的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波。而在某些场合中，X波段的频率范围则为7-11.2GHz。针对我国海洋环境卫星雷达高度计分系统指标要求，为了满足高度计整机对测量精度高的需求，研制直接频率合成方案实现超低相位噪声性能超低相位噪声频率源作为该系统本振信号有其必要性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种超低相位噪声频综源，采用直接频率合成方案实现超低相位噪声性能。
为达上述或其它目的，本发明提供了一种星用频综源，其包括：晶体振荡器1，其用于输出的基频信号Fr；频率合成单元2，其用于经倍频、分频、混频后输出所需X波段的频点；其中，所述频率合成单元2具体包括：
第一功分器3，其将所述基频信号分为第一路信号和第二路信号；
所述第一路信号依次输入7倍频器10、第一滤波器11、第一放大器12、5分频器13输出7×Fr÷5信号；
所述第二路信号依次输入8倍频器4、第二滤波器5、第二放大器6输出Fr×8信号；
第二功分器，其将所述8×Fr信号分为第三路信号和第四路信号；
所述第三路信号输入第三滤波器8滤波后与所述7×Fr÷5信号同时输入变频器9获得下变频信号，所述下变频信号再输入第四滤波器14输出Fr×8－7×Fr÷5信号；第四路信号依次输入5倍频器18、第五滤波器19、4倍频器20、第六滤波器21、第三放大器22输出Fr×8×5×4信号；
所述下变频器9输出的所述Fr×8－7×Fr÷5信号与所述Fr×8×5×4信号再依次输入上变频器15、第七滤波器16、第四放大器17输出所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4；
所述8×Fr信号功分7两路，一路经滤波8后与7×Fr÷5信号进行下变频9，再经滤波器14输出Fr×8－7×Fr÷5信号；
另一路Fr×8信号经5倍频18、滤波19、4倍频20滤波21、放大22输出Fr×8×5×4信号；下变频9输出的Fr×8－7×Fr÷5信号与Fr×8×5×4信号经上变频15、滤波16、放大17输出频综源所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4；
其中，用作取谐波的所述8倍频器4、所述7倍频器10、所述5倍频器18、所述4倍频器20的输出端分别与所述第二滤波器5、所述第一滤波器11、所述第五滤波器19、所述第六滤波器21的输入端直接连接。
优选地，输入信号经所述8倍频器4、所述7倍频器10、所述5倍频器18、所述4倍频器20饱和放大后分别输入到所述第二滤波器5、所述第一滤波器11、所述第五滤波器19、所述第六滤波器21取所需谐波分量。
优选地，所选用取谐波的所述8倍频器4、所述7倍频器10、所述5倍频器18、所述4倍频器20均为高增益、小电流的单片放大器。
优选地，连接在所述7倍频器10后的所述第一滤波器11、所述8倍频器4后的所述第二滤波5均为窄带LC滤波器。
优选地，连接在所述5倍频器18后的所述第五滤波器19为介质滤波器。
优选地，连接在所述4倍频器20后的滤波器21为腔体滤波器。
本发明另一实施例还提供了一种星用频综源的频率合成方法，其包括以下步骤：
通过第一功分器3将所述基频信号分为第一路信号和第二路信号；
所述第一路信号依次输入7倍频器10、第一滤波器11、第一放大器12、5分频器13输出7×Fr÷5信号；
所述第二路信号依次输入8倍频器4、第二滤波器5、第二放大器6输出Fr×8信号；
通过第二功分器将所述8×Fr信号分为第三路信号和第四路信号；
所述第三路信号输入第三滤波器8滤波后与所述7×Fr÷5信号同时输入变频器9获得下变频信号，所述下变频信号再输入第四滤波器14输出Fr×8－7×Fr÷5信号；
第四路信号依次输入5倍频器18、第五滤波器19、4倍频器20、第六滤波器21、第三放大器22输出Fr×8×5×4信号；
所述下变频器9输出的所述Fr×8－7×Fr÷5信号与所述Fr×8×5×4信号再依次输入上变频器15、第七滤波器16、第四放大器17输出所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4。
所述8×Fr信号功分7两路，一路经滤波8后与7×Fr÷5信号进行下变频9，再经滤波器14输出Fr×8－7×Fr÷5信号；另一路Fr×8信号经5倍频18、滤波19、4倍频20滤波21、放大22输出Fr×8×5×4信号；下变频9输出的Fr×8－7×Fr÷5信号与Fr×8×5×4信号经上变频15、滤波16、放大17输出频综源所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4。
本发明与现有技术相比具有以下几个优点：
1、较常规无源倍频器，采用高增益、小电流的单片放大器实现有源倍频，降低了功耗，满足星载项目对配套产品长期可靠性要求。
2、采用单片放大器实现有源倍频，降低了链路附加噪声对信号相位噪声的恶化，有效提高配套产品相位噪声性能。
3、整机方案简洁，易于实现，倍频链路调试量少。
附图说明
图1为本发明星用频综源的结构框图；
图2为本发明星用频综源的噪声频谱图。
附图标记说明：
1、晶体振荡器；2、频率合成单元；3、功分器；4、放大器；5、滤波器；6、放大器；7、功分器；8、滤波器；9、混频器；10、放大器；11、滤波器；12、放大器；13、5分频器；14、滤波器；15、混频器；16、滤波器；17、放大器；18、放大器；19、滤波器；20、放大器；21、滤波器；22、放大器。
具体实施方式
图1为本发明星用频综源的结构框图。如图1所示，本发明一实施例提供了一种星用频综源，其包括：晶体振荡器1，其用于输出的基频信号Fr；频率合成单元2，其用于经倍频、分频、混频后输出所需X波段的频点；其中，所述频率合成单元2具体包括：
第一功分器3，其将所述基频信号分为第一路信号和第二路信号；
所述第一路信号依次输入7倍频器10、第一滤波器11、第一放大器12、5分频器13输出7×Fr÷5信号；
所述第二路信号依次输入8倍频器4、第二滤波器5、第二放大器6输出Fr×8信号；
第二功分器，其将所述8×Fr信号分为第三路信号和第四路信号；
所述第三路信号输入第三滤波器8滤波后与所述7×Fr÷5信号同时输入变频器9获得下变频信号，所述下变频信号再输入第四滤波器14输出Fr×8－7×Fr÷5信号；第四路信号依次输入5倍频器18、第五滤波器19、4倍频器20、第六滤波器21、第三放大器22输出Fr×8×5×4信号；
所述下变频器9输出的所述Fr×8－7×Fr÷5信号与所述Fr×8×5×4信号再依次输入上变频器15、第七滤波器16、第四放大器17输出所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4；
所述8×Fr信号功分7两路，一路经滤波8后与7×Fr÷5信号进行下变频9，再经滤波器14输出Fr×8－7×Fr÷5信号；
另一路Fr×8信号经5倍频18、滤波19、4倍频20滤波21、放大22输出Fr×8×5×4信号；下变频9输出的Fr×8－7×Fr÷5信号与Fr×8×5×4信号经上变频15、滤波16、放大17输出频综源所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4；
其中，用作取谐波的所述8倍频器4、所述7倍频器10、所述5倍频器18、所述4倍频器20的输出端分别与所述第二滤波器5、所述第一滤波器11、所述第五滤波器19、所述第六滤波器21的输入端直接连接。
所述晶体振荡器采用低相噪的恒温晶体滤波器，其相位噪声性能优于-153dBc/Hz1kHz、-162dBc/Hz10kHz。所述用于取谐波的放大器选用M/A-COM公司的SMA66-3和SMA4012，其余放大器均为M/A-COM公司的SMA系列放大器；所述频综源中用作取谐波的放大器输出端直接连接滤波器，两者之间无其他元器件。所述频综源中用变频的混频器均选用陶瓷气密封装的混频器；所述实现5分频功能的分频器为具有较低的相位噪声基底性能分频器。
所述频综源中接在倍频后的滤波器为窄带LC滤波器、窄带介质滤波器和窄带腔体滤波器。
所述频综源中选用的裸芯片放大器为自制气密封装模块，放大芯片为HMC565。
所述频综源中射频输出接口设计阻抗均为50Ω，前后均为隔直输入输出；电源接口串接退耦网络。
图2为本发明星用频综源合成频率的噪声频谱图，如图2所示，采用本发明的星用频综源，采集三个频点，如，-94.7516dBc/Hz100Hz、-106.8824dBc/Hz1kHz，-122.5676dBc/Hz10kHz.由此可见，采用单片放大器实现有源倍频，降低了链路附加噪声对信号相位噪声的恶化，有效提高配套产品相位噪声性能。
作为一优选实施例，所述用作倍频功能的放大器8倍频器4、7倍频器10、5倍频器18、4倍频器20是通过贴装工艺焊接在双层印制板上，再用螺钉将电路板固定在铝壳体上；所述用作倍频功能的放大器4倍频器20，由于功耗较大(≥0.3W)工艺步骤更改为先将印制板通过贴装工艺焊接在无氧铜衬底上，再将元器件通过贴装工艺焊接在带有衬底的电路板上，以增加元器件底部的散热面；所述第二滤波器5、所述第一滤波器11、所述第五滤波器19、所述第六滤波器21的安装槽均独立成腔，避免因微波信号空间串扰影响滤波器的滤波性能。
所述频综源中为保证产品高可靠性所采用的散热措施包括：印制板选用导热率高的材料(Arlon-CLTE-XT，导热系数优于0.55)；印制电路板设计为双面板，正面为电路，背面大面积覆铜接地；增加一定数量的接地过孔；增加印制板与机壳之间安装孔的密度。
所述频综源中为保证产品高可靠性所采用的抗力学措施包括：所述频综源中的腔体结构是一体化结构，从一块整铝上，进行合理的构形和布局，经过机加工成形成许多微波腔，该机械结构较多模块组装结构具有更好的刚性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种星用频综源，其包括：
晶体振荡器(1)，其用于输出的基频信号Fr；
频率合成单元(2)，其用于经倍频、分频、混频后输出所需X波段的频点；
其中，所述频率合成单元(2)具体包括：
第一功分器(3)，其将所述基频信号分为第一路信号和第二路信号；
所述第一路信号依次输入7倍频器(10)、第一滤波器(11)、第一放大器(12)、5分频器(13)输出7×Fr÷5信号；
所述第二路信号依次输入8倍频器(4)、第二滤波器(5)、第二放大器(6)输出Fr×8信号；
第二功分器，其将所述Fr×8信号分为第三路信号和第四路信号；
所述第三路信号输入第三滤波器(8)滤波后与所述7×Fr÷5信号同时输入变频器(9)获得下变频信号，所述下变频信号再输入第四滤波器(14)输出Fr×8－7×Fr÷5信号；
第四路信号依次输入5倍频器(18)、第五滤波器(19)、4倍频器(20)、第六滤波器(21)、第三放大器(22)输出Fr×8×5×4信号；
所述下变频器(9)输出的所述Fr×8－7×Fr÷5信号与所述Fr×8×5×4信号再依次输入上变频器(15)、第七滤波器(16)、第四放大器(17)输出所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4；
所述8×Fr信号功分(7)两路，一路经滤波(8)后与7×Fr÷5信号进行下变频(9)，再经滤波器(14)输出Fr×8－7×Fr÷5信号；另一路Fr×8信号经5倍频(18)、滤波(19)、4倍频(20)滤波(21)、放大(22)输出Fr×8×5×4信号；下变频(9)输出的Fr×8－7×Fr÷5信号与Fr×8×5×4信号经上变频(15)、滤波(16)、放大(17)输出频综源所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4；
其中，用作取谐波的所述8倍频器(4)、所述7倍频器(10)、所述5倍频器(18)、所述4倍频器(20)的输出端分别与所述第二滤波器(5)、所述第一滤波器(11)、所述第五滤波器(19)、所述第六滤波器(21)的输入端直接连接。
2.按照权利要求1所述的一种星用频综源，其特征在于：输入信号经所述8倍频器(4)、所述7倍频器(10)、所述5倍频器(18)、所述4倍频器(20)饱和放大后分别输入到所述第二滤波器(5)、所述第一滤波器(11)、所述第五滤波器(19)、所述第六滤波器(21)取所需谐波分量。
3.按照权利要求1或2所述的一种星用频综源，其特征在于：所选用取谐波的所述8倍频器(4)、所述7倍频器(10)、所述5倍频器(18)、所述4倍频器(20)均为高增益、小电流的单片放大器。
4.按照权利要求1所述的一种星用频综源，其特征在于：连接在所述7倍频器(10)后的所述第一滤波器(11)、所述8倍频器(4)后的所述第二滤波(5)均为窄带LC滤波器。
5.按照权利要求1所述的一种星用频综源，其特征在于：连接在所述5倍频器(18)后的所述第五滤波器(19)为介质滤波器。
6.按照权利要求1所述的一种星用频综源，其特征在于：连接在所述4倍频器(20)后的滤波器(21)为腔体滤波器。
7.一种星用频综源的频率合成方法，其包括以下步骤：
通过第一功分器(3)将所述基频信号分为第一路信号和第二路信号；
所述第一路信号依次输入7倍频器(10)、第一滤波器(11)、第一放大器(12)、5分频器(13)输出7×Fr÷5信号；
所述第二路信号依次输入8倍频器(4)、第二滤波器(5)、第二放大器(6)输出Fr×8信号；
通过第二功分器将所述8×Fr信号分为第三路信号和第四路信号；
所述第三路信号输入第三滤波器(8)滤波后与所述7×Fr÷5信号同时输入变频器(9)获得下变频信号，所述下变频信号再输入第四滤波器(14)输出Fr×8－7×Fr÷5信号；
第四路信号依次输入5倍频器(18)、第五滤波器(19)、4倍频器(20)、第六滤波器(21)、第三放大器(22)输出Fr×8×5×4信号；
所述下变频器(9)输出的所述Fr×8－7×Fr÷5信号与所述Fr×8×5×4信号再依次输入上变频器(15)、第七滤波器(16)、第四放大器(17)输出所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4。
所述8×Fr信号功分(7)两路，一路经滤波(8)后与7×Fr÷5信号进行下变频(9)，再经滤波器(14)输出Fr×8－7×Fr÷5信号；另一路Fr×8信号经5倍频(18)、滤波(19)、4倍频(20)滤波(21)、放大(22)输出Fr×8×5×4信号；下变频(9)输出的Fr×8－7×Fr÷5信号与Fr×8×5×4信号经上变频(15)、滤波(16)、放大(17)输出频综源所需频点信号Fr×8－7×Fr÷5+Fr×8×5×4。
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Application publication date: 20140924 |
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