CN104202045B - 宽带自检信号源 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种宽带自检信号源，包括：电源与逻辑控制单元提供所述锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元的电源供应分配以及控制信号；锁相环路接收外部晶振信号并输出S、C、X波段的跳频信号至频率处理单元；频率处理单元对锁相环路输出的跳频信号进行分频、直通、倍频处理，产生覆盖L、S、C、X、Ku五个频率段的射频信号；组合滤波单元对频率处理单元输出的射频信号进行选通滤波处理滤除相应射频信号的多余谐波；频率合成单元、对组合滤波单元输出的射频信号进行频率调整和选通输出；输出控制单元对频率合成单元输出的射频信号进行功率微调、功率补偿后，经开关选通后通过功分电路实现多路输出。

Description

宽带自检信号源

技术领域

本发明涉及频率综合器技术领域，尤其是可输出L、S、C、X、Ku五个频率段射频信号的捷变频信号源，具体而言涉及一种宽带自检信号源。

背景技术

随着通信、雷达、电子对抗等领域的发展，对频率合成器的相位噪声、杂散和变频速度以及频带宽带提出了更高的要求。

在现代通信领域中，电子侦查和电子对抗越来越受到关注和重视，为提高截获概率并对截获信号的载频、脉内调制等信息进行分析、复制，进而实现对截获信号的有效干扰，超宽带、快速跳变、高分辨率、高杂波抑制和低相位噪声的捷变频信号源(也称为频率综合器)是电子侦查和对抗系统所期望的。

发明内容

本发明目的在于提供一种宽带自检信号源，是一种更宽频段范围内的捷变频信号源，解决现代电子系统的复杂多变引起的捷变频信号源限制问题。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种宽带自检信号源，包括锁相环路、频率处理单元、组合滤波单元、频率合成单元、输出控制单元以及电源与逻辑控制单元，其中：

电源与逻辑控制单元提供所述锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元的电源供应分配以及控制信号；

锁相环路接收外部晶振信号并输出S、C、X波段的跳频信号至频率处理单元；

频率处理单元对锁相环路输出的跳频信号进行分频、直通、倍频处理，产生覆盖L、S、C、X、Ku五个频率段的射频信号；

组合滤波单元连接至频率处理单元的输出端，用于对频率处理单元输出的射频信号进行选通滤波处理，滤除相应射频信号的多余谐波；

频率合成单元连接至组合滤波单元的输出端，用于对组合滤波单元输出的射频信号进行频率调整和选通输出；

输出控制单元连接至频率合成单元的输出端，用于对频率合成单元输出的射频信号进行功率微调、功率补偿后，经开关选通后通过功分电路实现多路输出。

进一步的实施例中，所述锁相环路包括三个锁相环，每个锁相环均由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、定向耦合器以及前置预分频器组成，其中，鉴相器将参考信号与前置预分频器输出信号进行相位比较后，输出误差电压，该误差电压经过环路滤波器滤波后对压控振荡器的输出频率进行控制，压控振荡器输出频率即为锁相环的输出射频信号，前述定向耦合器对输出射频信号进行耦合后输入到前置预分频器端口进行环路锁定。

进一步的实施例中，所述频率处理单元包括三路处理通路，分别接收来自所述锁相环路输出的射频信号，该三路处理通路包括一直通处理通路以及两路选通处理通路，该两路选通处理通路采用相同的电路结构且对称布局，每路选通处理通路采用单刀开关实现其直通通道、倍频通道和分频通道的切换输出。

进一步的实施例中，所述选通处理通路包括直通通道、倍频通道及分频通道，其中：直通通道包括第一匹配电路，倍频通道包括依次连接的第一放大器、倍频器以及第二放大器，分频通道包括依次连接的分配器及第二匹配电路，前述直通通道、倍频通道和分频通道通过一单刀四掷开关实现选通并输出射频信号至组合滤波单元。

进一步的实施例中，所述功率合成单元包括多个功率调整电路及三个单刀三掷开关，功率调整电路分别接收经前述组合滤波单元滤波处理的每路射频信号进行功率调整，并将调整后的信号分别输入对应的单刀三掷开关，前述的一路直通处理通路的输出经滤波处理和功率调整后输入第三单刀三掷开关的一个输入端，前述两路选通处理通路的输出经滤波处理和功率调整后分别输入第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关，第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关的输出端与前述第三单刀三掷开关的另两个输入端连接，该第三单刀三掷开关的输出端连接所述输出控制单元。

进一步的实施例中，所述输出控制单元包括依次连接的功率校准电路、宽带放大器和开关选通电路，该功率校准电路与所述功率合成单元的输出端连接，开关选通电路具有三路输出，其中：第一路输入一六功分电路，六功分电路的输出为输出控制单元的输出；第二路输入一故障报警电路；第三路输入一选通电路，该选通电路具有两路输出，其中一路为输出控制单元的输出，另一路输入一二功分电路，该二功分电路的输出为输出控制单元的输出。

进一步的实施例中，所述电源与逻辑控制单元包括一电源控制单元以及一逻辑控制单元，电源控制单元用于将输入端口输入的电压转换成锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元所需的工作电压并向前述逻辑控制单元供电，前述逻辑控制单元提供所述锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元的时序控制信号。

进一步的实施例中，所述逻辑控制单元选用可编程逻辑控制器件，包括下述器件中的一种：FPGA、PLD、CPLD。

由以上本发明的技术方案可知，本发明提出的宽带自检信号源通过上述设计，实现一种更宽频段范围内的捷变频信号源，解决现代电子系统的复杂多变引起的捷变频信号源限制问题。与现有技术相比，其显著优点在于：

1)鉴于自检信号源的体积、功耗、相噪、谐波和杂散指标，现有技术无法满足要求，混频技术更是无法使用，而通过环路优化分析可知：双环路必将引入混频，产生非线性和交调，影响相噪和杂散；四环路太复杂，影响切换速度、增大体积和成本，本发明利用多环路频率合成技术，采用三路频率分割，通过直接式频率合成与频率倍频相结合的方案、辅以开关滤波组合，可以实现覆盖L、S、C、X、Ku等五个频率段的频率范围；

2)本发明的宽带自检信号源在覆盖L、S、C、X、Ku五个频率段的宽带带宽内，具有准确的频点输出，以及在连续点间，具有20us快速的跳频时间。一方面合理分解频段，既可以有效的产生覆盖L、S、C、X、Ku五个频率段的全频带信号输出，也方便元器件的选取和电路的简化，从而减小体积、重量、功耗等整体指标；另一方面，在考虑快速跳频时，重点考虑不同频段间的相邻频率点处，这是影响整体跳频时间的关键点，本发明中通过提前预置频点的方法进行解决。

附图说明

图1为本发明一实施方式宽带自检信号源的原理示意图。

图2为图1实施例中锁相环的一个示例性电路图。

图3为图1实施例中频率处理单元、组合滤波单元及频率合成单元的一个示例性连接电路图。

图4为图1实施例中输出控制单元的一个示例性电路示意图。

图5为图1实施例中电源与逻辑控制单元的一个示例性电路示意图。

图6为图1实施例宽带自检信号源的控制实现流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示为本发明一实施方式宽带自检信号源的电路原理示意，其中，一种宽带自检信号源，包括锁相环路、频率处理单元、组合滤波单元、频率合成单元、输出控制单元以及电源与逻辑控制单元，在电源与逻辑控制单元所提供电源供应分配和信号控制下，锁相环路产生的一系列跳频信号(S、C、X波段)进入频率处理单元后，经过频率变化产生出涵盖L、S、C、X、Ku五个频段的射频信号，然后经过组合滤波和频率合成后，最后通过输出控制单元实现多路输出。

本实施例中，锁相环路接收外部晶振信号并输出S、C、X波段的跳频信号至频率处理单元。如图1所示，锁相环路包括三个锁相环(第一锁相环、第二锁相环和第三锁相环)，每个锁相环的电路结构组成相同。如图2所示，作为优选的实施方式，每个锁相环均由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器(VCO)、定向耦合器以及前置预分频器组成，其中，鉴相器将参考信号与前置预分频器输出信号进行相位比较后，输出误差电压，该误差电压经过环路滤波器滤波后对压控振荡器(VCO)的输出频率进行控制，压控振荡器(VCO)输出频率即为锁相环的输出射频信号，前述定向耦合器对输出射频信号进行耦合后输入到前置预分频器端口进行环路锁定。

本实施例中，锁相环路采用模拟和锁频技术实现，通过频率控制信号对鉴相器进行参数设置后，鉴相器将参考信号与前置预分频器输出信号进行相位比较后，输出误差电压，此误差电压经过环路滤波器后对VCO进行输出频率控制，VCO的输出频率即为锁相环路输出射频信号，同时定向耦合器对输出射频信号进行耦合后输入到前置预分频器端口进行环路锁定。本实施例的设计可在外部数字电路的控制下，实现可控频率信号输出，具有捷变频，环路稳定和小型化的优点。

如图1所示，频率处理单元连接至锁相环路的输出端，频率处理单元对锁相环路输出的跳频信号进行分频、直通、倍频处理，产生覆盖L、S、C、X、Ku五个频率段的射频信号。

作为优选的实施方式，频率处理单元包括三路处理通路(采用三路频率分割)，分别接收来自所述锁相环路即三个锁相环分别输出的射频信号，该三路处理通路包括一直通处理通路以及两路选通处理通路，两路选通处理通路采用相同的电路结构且对称布局，每路选通处理通路采用单刀开关实现其直通通道、倍频通道和分频通道的切换输出。

图3所示为频率处理单元的一个示例，作为可选的实施方式，所述选通处理通路包括直通通道、倍频通道及分频通道，其中：直通通道包括第一匹配电路，倍频通道包括依次连接的第一放大器、倍频器以及第二放大器，分频通道包括依次连接的分配器及第二匹配电路，前述直通通道、倍频通道和分频通道通过一单刀四掷开关实现选通并输出射频信号至组合滤波单元。

如图1结合图3所示，组合滤波单元连接至频率处理单元的输出端，用于对频率处理单元输出的射频信号(L、S、C、X、Ku五个频率段)进行选通滤波处理，滤除相应射频信号的多余谐波。如图3所示，组合滤波单元包括分别设置在所述频率处理单元的每路输出通道上的滤波器(滤波器1、滤波器2、滤波器3...滤波器7)，用于进行选通滤波处理，滤除相应射频信号的多余谐波，组合滤波单元通过开关滤波器电路实现各波段信号的选择和滤波处理。然后，将滤波处理后的射频信号输入所述频率合成单元。

如图3所示，功率合成单元包括多个功率调整电路(功率调整电路1、功率调整电路2、功率调整电路3...功率调整电路7)及三个单刀三掷开关(第一、第二、第三单刀三掷开关)，功率调整电路分别接收经前述组合滤波单元滤波处理的每路射频信号进行功率调整，并将调整后的信号分别输入对应的单刀三掷开关，前述的一路直通处理通路的输出经滤波处理和功率调整后输入第三单刀三掷开关的一个输入端，前述两路选通处理通路的输出经滤波处理和功率调整后分别输入第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关，第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关的输出端与前述第三单刀三掷开关的另两个输入端连接，该第三单刀三掷开关的输出端连接所述输出控制单元。

如图1所示结合图3所示，第一单刀三掷开关、第二单刀三掷开关、第三单刀三掷开关的控制信号来源于所述电源与逻辑控制单元。

本实施例中，如图1结合图3所示，频率处理单元通过倍频、分频以及直接输出方式，实现各波段信号实现，同时通过放大器及匹配电路，实现各波段输出信号的幅度一致。本实施例的设计具有输出频带宽、多波段幅度一致性好等优点。频率合成单元通过多路开关选择实现各波段信号的输出。

如图1结合图4所示，输出控制单元连接至频率合成单元的输出端，用于对频率合成单元输出的射频信号进行功率微调、功率补偿后，经开关选通后通过功分电路实现多路输出。如图4所示的一个示例性实施方式，输出控制单元包括依次连接的功率校准电路、宽带放大器和开关选通电路，该功率校准电路与所述功率合成单元的输出端连接，开关选通电路具有三路输出，其中：第一路输入一六功分电路，六功分电路的输出为输出控制单元的输出；第二路输入一故障报警电路；第三路输入一选通电路，该选通电路具有两路输出，其中一路为输出控制单元的输出，另一路输入一二功分电路，该二功分电路的输出为输出控制单元的输出。

参考图1结合图4所示，输出控制单元通过功分及开关电路，实现宽带自检信号源的多路输出功能，本实施例的设计具有多通过输出功能，各通道自检具有良好的隔离特性即信号幅度一致等优点。

如图1结合图5所示，电源与逻辑控制单元提供所述锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元的电源供应分配以及控制信号。如图5所示，作为可选的实施方式，电源与逻辑控制单元包括一电源控制单元以及一逻辑控制单元，电源控制单元用于将输入端口输入的电压转换成锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元所需的工作电压并向前述逻辑控制单元供电，前述逻辑控制单元提供所述锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元的时序控制信号。

优选地，所述逻辑控制单元选用可编程逻辑控制器件，包括但不限于FPGA、PLD、CPLD。

本实施例中，电源与逻辑控制单元通过逻辑管理器件对宽带自检信号源的工作电源和时序逻辑进行分配和控制，是整个信号源正常工作的核心电路。

如图6所示的宽带自检信号源的控制实现流程，在外部控制指令的作用下，宽带自检信号源输出相应频率的射频信号，同时可根据输出频点，自动调整宽带自检信号源的内部通道切换和频率预置功能。

如图6结合图1所示，宽带自检信号源开机工作后，首先进行状态的初始化，具体表现为将锁相环路(第一锁相环，第二锁相环，第三锁相环)输出频点进行预置；将宽带自检信号源三个锁相环输出信号通过开关电路切换到负载电路上；将宽带自检信号源多个输出通道关闭，输出衰减器状态清零。

宽带自检信号源在完成开机初始化功能后，响应外部控制指令，根据频综设置数据判断，选择相应的锁相环电路进行跳频控制；响应外部控制指令，接收输出通道控制数据，将其进行译码操作，转换为输出通道控制逻辑。

完成相应锁相环电路控制后，根据跳频控制数据，选择相应的信号输出链路，同时将该信号链路打开；其余锁相环电路则根据频点设置规则，输出相邻频点信号或初始锁定信号；根据译码后的输出通道控制逻辑，打开相应的输出通道及数控衰减控制。

如图6所示，宽带自检信号源在打开输出信号链路及相应的输出通道后，即完成宽带自检信号源信号输出功能。

本实施例提出的宽带自荐信号源，结合图1-图6所示，宽带自检信号源以电源与逻辑控制单元为控制软件载体，对宽带自检信号源中的锁相环单元、频率处理单元、组合滤波单元、频率合成单元及输出控制单元进行电源、频率和时序控制。

宽带自检信号源在开机工作后，电源与逻辑控制单元控制按照预设状态进行初始化，包括：对锁相环的初始输出频点、输出通道状态预置以及功率调整电路的初始状态预置(如衰减器)。完成初始化过程后，宽带自检信号源根据接收到的指令，对3个锁相环路进行选择判断，通过控制锁相环中的鉴相器的寄存器设置，调整锁相环的输出频率，同时根据频率信息，对频率处理单元、组合滤波单元、频率合成单元的选通电路进行预置判断；再根据接收到的通道选择信息，对输出控制单元进行选通预置，对功率调整电路的状态进行控制。

经过上述过程，即可完成宽带自检信号源的以此频率输出和状态控制的过程，根据接收到的外部控制指令，宽带自检信号源重复上述过程，即可再进行输出频点和状态的更改。

下表1所示数据为本发明的宽带自检信号源在全温范围主要性能指标的测试结果，通过数据可以看出产品在-55℃至+85℃的温范围内输出功率＞0dBm，谐波抑制＞30dB，杂波抑制＞60dB，开关隔离度指标优于60dB，相位噪声指标由于-75 dBc/Hz@1kHz，频率稳定度由于±5ppm、跳频时间优于60us以及重量低于1.6Kg。可见，本发明的宽带自检信号源可在宽温宽频段范围内实现低杂散、低相位噪声的捷变频特性，同时要满足在振动条件下的正常工作。

表1宽带自检信号源全温测试数据

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种宽带自检信号源，其特征在于，包括锁相环路、频率处理单元、组合滤波单元、频率合成单元、输出控制单元以及电源与逻辑控制单元，其中：

电源与逻辑控制单元提供所述锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元的电源供应分配以及控制信号；

锁相环路接收外部晶振信号并输出S、C、X波段的跳频信号至频率处理单元；

频率处理单元对锁相环路输出的跳频信号进行分频、直通、倍频处理，产生覆盖L、S、C、X、Ku五个频率段的射频信号；

组合滤波单元连接至频率处理单元的输出端，用于对频率处理单元输出的射频信号进行选通滤波处理，滤除相应射频信号的多余谐波；

频率合成单元连接至组合滤波单元的输出端，用于对组合滤波单元输出的射频信号进行频率调整和选通输出；

输出控制单元连接至频率合成单元的输出端，用于对频率合成单元输出的射频信号进行功率微调、功率补偿后，经开关选通后通过功分电路实现多路输出；

所述锁相环路包括三个锁相环，每个锁相环均由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、定向耦合器以及前置预分频器组成，其中，鉴相器将参考信号与前置预分频器输出信号进行相位比较后，输出误差电压，该误差电压经过环路滤波器滤波后对压控振荡器的输出频率进行控制，压控振荡器输出频率即为锁相环的输出射频信号，前述定向耦合器对输出射频信号进行耦合后输入到前置预分频器端口进行环路锁定；

所述频率处理单元包括三路处理通路，分别接收来自所述锁相环路输出的射频信号，该三路处理通路包括一路直通处理通路以及两路选通处理通路，该两路选通处理通路采用相同的电路结构且对称布局，每路选通处理通路采用单刀开关实现其直通通道、倍频通道和分频通道的切换输出。

2.根据权利要求1所述的宽带自检信号源，其特征在于，所述选通处理通路包括直通通道、倍频通道及分频通道，其中：直通通道包括第一匹配电路，倍频通道包括依次连接的第一放大器、倍频器以及第二放大器，分频通道包括依次连接的分配器及第二匹配电路，前述直通通道、倍频通道和分频通道通过一单刀四掷开关实现选通并输出射频信号至组合滤波单元。

3.根据权利要求2所述的宽带自检信号源，其特征在于，所述频率合成单元包括多个功率调整电路及三个单刀三掷开关，功率调整电路分别接收经前述组合滤波单元滤波处理的每路射频信号进行功率调整，并将调整后的信号分别输入对应的单刀三掷开关，前述的一路直通处理通路的输出经滤波处理和功率调整后输入第三单刀三掷开关的一个输入端，前述两路选通处理通路的输出经滤波处理和功率调整后分别输入第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关，第一单刀三掷开关和第二单刀三掷开关的输出端与前述第三单刀三掷开关的另两个输入端连接，该第三单刀三掷开关的输出端连接所述输出控制单元。

4.根据权利要求1所述的宽带自检信号源，其特征在于，所述输出控制单元包括依次连接的功率校准电路、宽带放大器和开关选通电路，该功率校准电路与所述频率合成单元的输出端连接，开关选通电路具有三路输出，其中：第一路输入一六功分电路，六功分电路的输出为输出控制单元的输出；第二路输入一故障报警电路；第三路输入一选通电路，该选通电路具有两路输出，其中一路为输出控制单元的输出，另一路输入一二功分电路，该二功分电路的输出为输出控制单元的输出。

5.根据权利要求1所述的宽带自检信号源，其特征在于，所述电源与逻辑控制单元包括一电源控制单元以及一逻辑控制单元，电源控制单元用于将输入端口输入的电压转换成锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元所需的工作电压并向前述逻辑控制单元供电，前述逻辑控制单元提供所述锁相环路、频率处理单元、频率合成单元、输出控制单元的时序控制信号。

6.根据权利要求5所述的宽带自检信号源，其特征在于，所述逻辑控制单元选用可编程逻辑控制器件，包括下述器件中的一种：FPGA、PLD、CPLD。