CN104378139A - 微波频率源电路及其主振信号和本振信号的信号隔离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微波频率源电路，包含：本振信号源，其输出本振信号；低频压控振荡器信号源，其输出低频压控振荡器信号；相参同频的第一辅助振荡源和第二辅助振荡源，其分别输出第一辅助振荡信号和第二辅助振荡信号；第一一级混频器，将接收本振信号和第一辅助振荡信号混频后输出第一下变频信号；第二一级混频器，将低频压控振荡器信号和第二辅助振荡信号混频后输出第二下变频信号；二级混频器，其将第一下变频信号和第二下变频信号混频后输出主振信号。本发明引入两个相参的辅助振荡源，避免接收本振信号和低频压控振荡器信号直接混频导致各个交调分量以及本振信号分量在主振信号端口无法有效滤除的问题，提高发射主振信号与接收本振信号隔离度。

Description

微波频率源电路及其主振信号和本振信号的信号隔离方法

技术领域

本发明涉及一种微波频率源技术，具体涉及一种雷达系统中的微波频率源电路及其主振信号和本振信号的信号隔离方法。

背景技术

在多普勒体制雷达中，由于回波信号和发射信号相差一个多普勒频率，而多普勒频率往往在±500kHz以内，故发射主振信号频率与接收本振信号频率相隔非常近。如果通过接收本振信号与一低频VCO信号直接混频产生主振信号，由于本振信号频率与主振信号频率相隔非常近，在主振信号端口，滤波器体积非常大且本振信号分量变得难以抑制；此外，随着当前雷达整机体积的不断缩小，直接混频方案弊端越来越明显。因此，多普勒体制雷达需要采用更加有效的提高发射主振信号和接收本振信号隔离度的设计方式，并同时减小整个方案微波电路体积，降低系统设计复杂度。

发明内容

本发明提供一种微波频率源电路及其主振信号和本振信号的信号隔离方法，解决雷达系统的微波频率源电路中，主振信号频率与接收本振信号频率相隔非常近，从而导致滤波器无法有效滤除混频交调成分及本振泄露的问题，提高发射主振信号与接收本振信号隔离度，降低滤波器的体积和重量。

为实现上述目的，本发明提供一种微波频率源电路，其特点是，该电路包含：

本振信号源，其输出本振信号；

低频压控振荡器信号源，其输出低频压控振荡器信号；

相参同频的第一辅助振荡源和第二辅助振荡源，其分别输出第一辅助振荡信号和第二辅助振荡信号；

第一一级混频器，其输入端接收本振信号和第一辅助振荡信号，进行混频后输出第一下变频信号；

第二一级混频器，其输入端接收低频压控振荡器信号和第二辅助振荡信号，进行混频后输出第二下变频信号；

二级混频器，其输入端接收第一下变频信号和第二变频信号，进行混频后输出主振信号。

上述微波频率源电路还包含有晶振，该晶振的输出通过功分器分出本振信号源、第一辅助振荡源和第二辅助振荡源。

上述第一辅助振荡源和第二辅助振荡源的频率为1800兆赫兹；低频压控振荡器信号频率为28兆赫兹。

上述第一辅助振荡源和第二辅助振荡源输出端电路连接有低通滤波器，消除辅助振荡源谐波分量以及远端鉴相杂散分量。

上述第一一级混频器、第二一级混频器和二级混频器输出端电路连接有带通滤波器，滤除混频产生的混频上边带、混频本振泄露及混频交调分量。

上述第一一级混频器输出端电路连接有隔离器，对第一一级混频器端口进行反向隔离。

上述本振信号源与第一一级混频器之间电路连接有放大器，放大器通过反向隔离抑制本振信号源端口的主振泄露。

一种上述微波频率源电路的主振信号和本振信号的信号隔离方法，其特点是，该隔离方法包含：

生成相参同频的第一辅助振荡信号和第二辅助振荡信号；

第一辅助振荡信号与本振信号混频输出第一下变频信号，第二辅助振荡信号与低频压控振荡器信号混频输出第二下变频信号；

第一下变频信号与第二下变频信号混频输出主振信号。

每次进行混频操作后，通过隔离器和放大衰减网络进行反向隔离；并且对混频后的信号进行带通滤波，消除混频交调和本振泄露。

本发明微波频率源电路及其主振信号和本振信号的信号隔离方法和现有技术的雷达系统中微波频率源电路相比，其优点在于，本发明通过引入两个相参的辅助振荡源，避免了接收本振信号和低频压控振荡器信号直接混频导致混频后各个交调分量以及本振信号分量在主振信号端口无法有效滤除的问题，提高发射主振信号与接收本振信号隔离度；

本发明每次混频后都需要通过滤波器将混频交调和本振泄露有效滤除，且通过加隔离器和放大衰减网络来阻断反向信号通路，提高了发射主振信号和接收本振信号间的隔离度，降低传统多普勒雷达中接收本振信号和低频压控振荡器信号混频后带通滤波器的设计难度，且大大减小了滤波器的体积和重量；微波电路中，滤波器的体积往往决定了整个微波电路的布局和微波电路的体积，该方法中滤波器体积的大大减小，给设计师在微波电路布局时提供了非常大的自由度和灵活性，且大大减小了整个微波电路的体积，在多普勒应用的雷达系统中具有很好的实用性。

附图说明

图1为本发明微波频率源电路的电路框图；

图2为本发明微波频率源电路一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

本发明公开了一种雷达系统中的微波频率源电路及其主振信号和本振信号的信号隔离方法，该雷达系统的回波信号和发射信号之间相差一个多普勒频率，一个多普勒频率在±500千赫兹以内，发射主振信号频率与接收本振信号频率相隔非常近，导致在主振信号端口，滤波器体积非常大且本振信号分量变得难以抑制，为解决该问题，本发明所公开的多普勒体制雷达中包含有一种提高发射信号和本振信号隔离度的微波频率源电路。

如图1所示，为一种适用于多普勒体制雷达系统的微波频率源电路，该电路包含：晶振101、第一功分器102、第二功分器103、第一辅助振荡源104、第二辅助振荡源105、第一辅助振荡源控制模块106、第二辅助振荡源控制模块107、第一低通滤波器108、第二低通滤波器109、第一放大器110、第二放大器118、第三放大器122、第四放大器124、低频压控振荡器信号源111、第一一级混频器113、第二一级混频器112、隔离器114、第一带通滤波器115、第二带通滤波器116、第三带通滤波器117、第四带通滤波器120、第五带通滤波器126、二级混频器119、频综模块121、第一衰减模块123、第二衰减模块125。

晶振101通过第一功分器102分出两路信号，一路作为本振信号源，另一路输入至第二功分器103，第二功分器103锁相合成两个相参同频的辅助振荡源：第一辅助振荡源104、第二辅助振荡源105。第一辅助振荡源104由第一辅助振荡源控制模块106控制，同时第二辅助振荡源105由第二辅助振荡源控制模块107控制，产生发射主振混频所需的两路相参同频辅助振荡信号：第一辅助振荡信号和第二辅助振荡信号。其中第一辅助振荡源104、第二辅助振荡源105可采用两个集成频综芯片，第一辅助振荡源控制模块106和第二辅助振荡源控制模块107采用单片机，对集成频综芯片进行控制。

第一辅助振荡源104输出端电路连接有第一低通滤波器（LPF）108，第二辅助振荡源105输出端电路连接有第二低通滤波器（LPF）109，分别进行低通滤波。

第一低通滤波器108输出端电路连接有第一放大器110，对进行混频前的第一辅助振荡信号反向隔离，解决第一一级混频器113输入端口的反向隔离问题。

第一一级混频器113输入端电路连接第一放大器110输出端和一个低频压控振荡器（VCO）信号源111，低频压控振荡器（VCO）信号源111输出低频压控振荡器信号，第一一级混频器113接收第一辅助振荡信号和低频压控振荡器信号，第一一级混频器113对第一辅助振荡信号和低频压控振荡器信号进行混频后输出第一下变频信号。

第一一级混频器113输出端依次电路连接有第一带通滤波器115和第三带通滤波器117，第三带通滤波器117输出端电路连接至二级混频器119。由于涉及到多次混频，每次混频后都需要通过滤波器将混频产生的混频上边带、混频交调分量和混频本振泄露有效滤除。

晶振101产生的本振信号源经过一个频综模块121（集成频综芯片）输出本振信号，频综模块121输出端依次串联有第三放大器122、第一衰减模块123、第四放大器124和第二衰减模块125。该第三放大器122、第一衰减模块123、第四放大器124和第二衰减模块125组成放大衰减网络，用于阻断反向信号通路，避免对本振信号产生影响。另外，频综模块121输出端电路连接有第五带通滤波器126，经过带通滤波后向外接设备或电路输出本振信号。

第二衰减模块125的输出端电路连接第二一级混频器112，第二一级混频器112的输入端接收经过第二低通滤波器109滤波的第二辅助振荡信号和经过放大衰减网络的本振信号，第二一级混频器112对第二辅助振荡信号和本振信号进行混合后输出第二下变频信号。

第二一级混频器112输出端依次电路连接有隔离器114、第二带通滤波器116和第二放大器118，第二放大器118输出端电路连接至二级混频器119。其中、由于涉及到多次混频，隔离器114与第二放大器118用于解决混频器端口的反向隔离问题，阻断反向信号通路，同时第二带通滤波器116用于将每次混频后混频产生的混频上边带、混频交调分量和混频本振泄露有效滤除。

二级混频器119输入端接收经过带通滤波的第一下变频信号和第二下变频信号，经过对第一下变频信号和第二下变频信号进行混频后输出主振信号。

鉴于涉及到多次混频，每次混频后都需要通过滤波器将混频交调和本振泄露有效滤除，二级混频器119输出端电路连接有第四带通滤波器120，第四带通滤波器120用于将经过二级混频器119最终混频输出的主振信号进行带通滤波，去除混频产生的混频上边带、混频交调分量和混频本振泄露。

本发明微波频率源电路的主振信号和本振信号的信号隔离方法包含以下步骤：

步骤1、晶振101通过功分器生成相参同频的第一辅助振荡信号和第二辅助振荡信号，以及本振信号。

步骤2、第一辅助振荡信号与本振信号于第二一级混频器112混频输出第一下变频信号。第二辅助振荡信号与低频压控振荡器信号于第一一级混频器113混频输出第二下变频信号。

其中，在进行混频之前，第一辅助振荡信号与第二辅助振荡信号通过放大器110进行反向隔离，本振信号通过放大衰减网络进行反向隔离。

而当混频后通过隔离器114进行反向隔离，并采用第一带通滤波器115、第二带通滤波器116和第三带通滤波器117分别消除第一下变频信号和第二下变频信号混频产生的混频上边带、混频本振泄露和混频交调分量。

步骤3、第一下变频信号与第二下变频信号于二级混频器119混频输出主振信号。在进行二级混频前，通过第二放大器118保证二级混频器119输入端口反向隔离，并在二级混频后通过第四带通滤波器120消除杂散。

如图2所示，为本发明微波频率源电路的一种实施例。其中，本振信号f_L频率为xx400MHz~xx600MHz（此处本振信号频率略去xx处的数值），VCO信号f_VCO频率为28MHz，主振信号f_T=f_L--f_VCO，发射主振信号与本振信号相互间要求高隔离，发射主振信号端口，本振信号抑制大于60dBc；本振信号端口，发射主振信号泄露小于-90dBc。

该微波频率源电路包含有晶振201，该晶振201输出端电路连接有第一功分器202，第一功分器202分出两路信号，一路作为本振信号源204，另一路输入至第二功分器202。

本振信号源（PLL）204输出频率为xx400MHz~xx600MHz的本振信号f_L，本振信号源204输出端依次电路连接有第一带通滤波器205、第一放大器206、第一衰减电路207、第二放大器208。第一放大器206和第二放大器208，第一放大器206、第一衰减电路207、第二放大器208组合成放大衰减网络，保证本振信号源204输出的本振信号在进行混频的第一一级混频器212的输入端口处反向隔离。

第二功分器202输出端电路连接至第一辅助振荡源209和第二辅助振荡源218，第一辅助振荡源209和第二辅助振荡源218采用两个集成频综芯片，分别输出相参同频的辅助振荡信号f_L1：第一辅助振荡信号和第二辅助振荡信号。

第一辅助振荡源209输出端依次电路连接有第一低通滤波器210和第二衰减电路211，第一低通滤波器210滤除高频杂散，第二衰减电路211保证第一辅助振荡信号在进行混频第一一级混频器212的输入端口处反向隔离。

第一低通滤波器210和第二放大器208的输出端电路连接至一个第一一级混频器212，第一一级混频器212对第一辅助振荡信号和本振信号进行混频后输出第一下变频信号f_L-f_L1。第一一级混频器212采用高隔离度高三阶调混频器。

第一一级混频器212输出端依次连接有隔离器213、第二带通滤波器214、第三放大器215、第三衰减电路216和第四放大器217，第三放大器215、第三衰减电路216和第四放大器217组成放大衰减网络，与隔离器213一同保证二级混频器229的输入端口和第一一级混频器212输出端口处的反向隔离。第二带通滤波器214滤除混频产生的混频上边带、混频本振泄露及其他混频交调分量。

第二辅助振荡源218输出端依次电路连接有第二低通滤波器219、第四衰减电路220、第五放大器221。第二低通滤波器219滤除高频杂散，第四衰减电路220、第五放大器221组成放大衰减网络，保证第二辅助振荡源218输出的第二辅助振荡信号在进行混频的第二一级混频器223的输入端口处反向隔离。

第五放大器221输出端电路连接至第二一级混频器223，低频VCO信号源222发出的信号f_VCO通过第五衰减电路连接第二一级混频器223。第二一级混频器223对第二辅助振荡信号和VCO信号进行混频后输出第二下变频信号f_L1-f_VCO。第二一级混频器223采用高隔离度高三阶调混频器。

第二一级混频器223输出端依次电路连接有第六衰减电路224、第三带通滤波器225、第六放大器226、第四带通滤波器227、第七衰减电路228。第六衰减电路224、第六放大器226、第七衰减电路228组成放大衰减网络，保证二级混频器229的输入端口和第二一级混频器223输出端口处的反向隔离。第三带通滤波器225和第四带通滤波器227滤除混频产生的混频上边带、混频本振泄露及其他混频交调分量。

二级混频器229输入端电路连接至第四放大器217和第七衰减电路228，接收第一下变频信号f_L-f_L1和第二下变频信号f_L1-f_VCO，对其进行混频后输出主振信号（f_R= f_L-f_VCO）。

二级混频器229输出端依次电路连接有第八衰减电路230、第五带通滤波器231、第七放大器232、第九衰减电路233和第八放大器234。第五带通滤波器231滤除混频产生的混频上边带、混频本振泄露及其他混频交调分量。第八衰减电路230、第七放大器232、第九衰减电路233和第八放大器234组成放大衰减网络，保证二级混频器229的输出端口处反向隔离。

本实施例中，由于本振信号f_L频率为xx400MHz~xx600MHz，VCO信号f_VCO频率为28MHz，考虑到滤波器性能的限制，一般混频比最佳选择在0.05~0.1之间，故通过引入两路辅助振荡源f_L1=1800MHz，满足与接收本振信号呈最佳混频比设计。首先采用两个集成频综芯片产生发射主振混频所需的两路相参同频辅助振荡信号f_L1。本方案中，为了提高发射主振信号和接收本振信号隔离度，引入两个辅助振荡源采用混频对消法。由于增加了两次混频，故需对每次混频带来的杂散进行有效滤除，这样在提高本振信号和主振信号隔离度的同时，不恶化本振信号和主振信号的杂散指标。低频VCO信号与第二辅助振荡信号进行混频。分析其交调分量分布情况可知，混频产生的混频上边带、混频本振泄露及其他混频交调分量都能够用高Q值的介质窄带带通滤波器进行滤除，不会对主振混频单元杂散指标造成影响。其中，单个介质窄带滤波器在本振泄露及上边带镜像频率处的衰减量为45dB，因此需要两级介质滤波器来满足产品85dBc杂散电平抑制度的要求。

主振两级混频选择高隔离度高三阶调混频器，第一级混频的两路信号为未调制的第一辅助振荡源和本振信号f_L，其交调分量的分布决定了混频器后级腔体滤波器的通带和抑制点选取，因此，对于通带外混频驱动信号泄露及三阶交调分量的衰减量都应大于75dB，才能不对后第一一级混频器212造成影响。

第二级混频的两路信号为与低频VCO信号调制的辅助振荡源第二下变频信号f_L1-f_VCO和本振信号与辅助振荡源的第一下变频信号f_L-f_L1，其交调分量的分布决定了二级混频器229级腔体滤波器的通带和抑制点选取，同样的，对通带外混频驱动信号泄露及三阶交调分量的衰减量都应大于75dB。

主振信号中的本振抑制由于经过了两次混频器的本振射频端口70dB的隔离以及一次腔体滤波75dB的衰减，理论上其电平将被抑制145dB，满足产品要求的主振信号端口本振信号抑制度大于60dBc的指标。同时，本振信号端口的主振泄露依靠放大器（第一放大器206、第二放大器208、第三放大器215、第四放大器217、第五放大器221、第六放大器226、第七放大器232、第八放大器234）的反向隔离和混频器的本振射频端口隔离可将其理论上抑制数百分贝。因此，由于引入两个相参同频辅助振荡源采用混频对消法，在通道设计上，接收本振信号和发射主振信号之间的隔离度能够满足指标要求。

实际应用中，要想达到最佳对消效果，还应注意让两路信号走的路径尽量一致，即信号在微带线上的传输距离尽量一致，保证两路信号的相关性，从而两次混频将辅助振荡源的频率漂移和相噪完美对消掉。另外，由于涉及到多次混频，每次混频后都需要通过滤波器将混频交调和本振泄露有效滤除，且设计中还需要特别注意混频器各端口的反向隔离问题，本方案中通过加隔离器和放大衰减网络来阻断反向信号通路。通过上述处理，提高了发射主振信号和接收本振信号间的隔离度，避免了传统多普勒体制中，由于发射主振信号与接收本振信号频率相隔非常近，导致无法得到较高本振抑制度的主振信号。该方法不仅完美解决了该问题，同时还区别与传统方法大大减小了滤波器体积和重量，从而大大减小了整个微波电路体积，给微波电路设计师在微波电路布局时提供了非常大的自由度和灵活性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种微波频率源电路，其特征在于，该电路包含：

本振信号源，其输出本振信号；

低频压控振荡器信号源，其输出低频压控振荡器信号；

相参同频的第一辅助振荡源和第二辅助振荡源，其分别输出第一辅助振荡信号和第二辅助振荡信号；

第一一级混频器，其输入端接收本振信号和第一辅助振荡信号，进行混频后输出第一下变频信号；

第二一级混频器，其输入端接收低频压控振荡器信号和第二辅助振荡信号，进行混频后输出第二下变频信号；

二级混频器，其输入端接收第一下变频信号和第二下变频信号，进行混频后输出主振信号。

2.如权利要求1所述的微波频率源电路，其特征在于，所述微波频率源电路还包含有晶振，该晶振的输出通过功分器分出本振信号源、第一辅助振荡源和第二辅助振荡源。

3.如权利要求1或2所述的微波频率源电路，其特征在于，所述第一辅助振荡源和第二辅助振荡源的频率为1800兆赫兹；低频压控振荡器信号频率为28兆赫兹。

4.如权利要求1所述的微波频率源电路，其特征在于，所述第一辅助振荡源和第二辅助振荡源输出端电路连接有低通滤波器，消除辅助振荡源谐波分量以及远端鉴相杂散分量。

5.如权利要求1所述的微波频率源电路，其特征在于，所述第一一级混频器、第二一级混频器和二级混频器输出端电路连接有带通滤波器，滤除混频产生的混频上边带、混频本振泄露及混频交调分量。

6.如权利要求1所述的微波频率源电路，其特征在于，所述第一一级混频器输出端电路连接有隔离器，对第一一级混频器端口进行反向隔离。

7.如权利要求1所述的微波频率源电路，其特征在于，所述本振信号源与第一一级混频器之间电路连接有放大器，放大器通过反向隔离抑制本振信号源端口的主振泄露。

8.一种如权利要求1至7中任意一项权利要求所述微波频率源电路的主振信号和本振信号的信号隔离方法，其特征在于，该隔离方法包含：

生成相参同频的第一辅助振荡信号和第二辅助振荡信号；

第一辅助振荡信号与本振信号混频输出第一下变频信号，第二辅助振荡信号与低频压控振荡器信号混频输出第二下变频信号；

第一下变频信号与第二下变频信号混频输出主振信号。

9.如权利要求8所述的信号隔离方法，其特征在于，每次进行混频操作后，通过隔离器和放大衰减网络进行反向隔离；并且对混频后的信号进行带通滤波，消除混频交调和本振泄露。