CN105262486B - 一种x波段频率合成器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种X波段频率合成器，包括晶振电路、直接数字式频率合成器、前端变频模块和后端变频模块，其中：晶振电路分别与前端变频模块和后端变频模块相连；前端变频模块分别与晶振电路、直接数字式频率合成器和后端变频模块相连；后端变频模块分别与晶振电路和前端变频模块相连；直接数字式频率合成器与前端变频模块相连。本发明提供的X波段频率合成器，器件内部采用多次变频滤波，电路设计更加合理，有效地解决了当前市面上常见的频率合成器的缺点，使得输出信号在9.2‑9.9GHz范围内，杂散≤‑75dBc，相位噪声≤‑100dBc/Hz@1kHz，频率切换速度≤200nS，频率步进为1MHz，可以很好地满足实际应用的需要。

Description

一种X波段频率合成器

技术领域

本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种X波段频率合成器。

背景技术

X波段频率合成器是一种主要用于微波通信、雷达、电子对抗和制导仪器等电子系统设备中的电子部件，描述这种产品性能的主要技术指标有：1)输出信号杂散；2)输出信号相位噪声；3)输出频率切换速度；4)输出频率步进。当前市场上该种X波段频率合成器的同类产品，一般采用锁相环电路(PLL)或选用分立的低频窄带直接数字式频率合成器(DDS)加单个的倍频混频联合实现，前者的主要缺点有：1)输出信号杂散差，一般为-65dBc；2)输出信号相位噪声大，一般为-85dBc；3)输出频率切换时间长，一般为100uS；4)输出频率步进大，一般为10MHz(如果步进1MHz，杂散及相噪更差)；后者的主要缺点是输出频带宽度和杂散相互制约。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的X波段频率合成器。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种X波段频率合成器，包括晶振电路、直接数字式频率合成器、前端变频模块和后端变频模块，其中：

所述晶振电路分别与所述前端变频模块和所述后端变频模块相连；

所述前端变频模块分别与所述晶振电路、所述直接数字式频率合成器和所述后端变频模块相连；

所述后端变频模块分别与所述晶振电路和所述前端变频模块相连；

所述直接数字式频率合成器与所述前端变频模块相连。

进一步地，所述晶振电路包括恒温晶振、三功分器、2倍频器和4分频器，其中：所述恒温晶振与所述三功分器相连，所述三功分器与所述2倍频器相连，所述2倍频器与所述4分频器相连。

进一步地，所述恒温晶振为FCOX7-028。

进一步地，所述前端变频模块包括1个谐波谱发生器、1个混频器、4个滤波器、2个四路开关滤波器组、6个放大器、1个二功分器和1个二分频器。

进一步地，所述后端变频模块包括1个二功分器、1个二倍频器、1个谐波谱发生器、1个三路开关滤波器组、3个混频器、7个放大器和5个滤波器。

本发明提供的X波段频率合成器，器件内部采用多次变频滤波，电路设计更加合理，有效地解决了当前市面上常见的频率合成器的缺点，使得输出信号在9.2-9.9GHz范围内，杂散≤-75dBc，相位噪声≤-100dBc/Hz@1kHz，频率切换速度≤200nS，频率步进为1MHz，可以很好地满足实际应用的需要。

附图说明

图1是本发明的整个电路结构框图；

图2是本发明的晶振电路结构框图；

图3是本发明的直接数字式频率合成器(DDS)电路结构框图；

图4是本发明的前端变频模块电路结构框图；

图5是本发明的后端变频模块电路结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种X波段频率合成器，包括晶振电路、直接数字式频率合成器、前端变频模块和后端变频模块，其中：所述晶振电路分别与所述前端变频模块和所述后端变频模块相连；所述前端变频模块分别与所述晶振电路、所述直接数字式频率合成器和所述后端变频模块相连；所述后端变频模块分别与所述晶振电路和所述前端变频模块相连；所述直接数字式频率合成器与所述前端变频模块相连。所述晶振电路为120MHz晶振电路。

120MHz晶振电路输出60MHz和120MHz信号，它给整个电路提供参考频率信号，该晶振相位噪声≤-160dBc/Hz@1kHz，最终输出信号的相位噪声主要取决于该晶振信号的相位噪声。120MHz晶振电路输出120MHz晶振信号给前端变频模块和后端变频模块，前端变频模块内部将120MHz晶振信号转换为2880MHz信号输出给直接数字式频率合成器(DDS)，使得直接数字式频率合成器(DDS)输出140MHz～200MHz信号，该140MHz～200MHz信号再返回输入给前端变频模块，使得前端变频模块最终输出1060～1300MHz的中频信号，该中频信号和60MHz、120MHz晶振信号同时输入给后端变频模块，后端变频模块通过内部转换，最终输出射频信号9.2～9.9GHz。

如图2所示，120MHz晶振电路由一个恒温晶振模块FCOX7-028、1个三功分器AD3PS-1+、1个2倍频器和1个4分频器组成，给整个X波段频率合成器供参考频率信号。恒温晶振模块输出120MHz信号，经过三功分器功分三路，其中两路直接输出120MHz信号给前端变频模块和后端变频模块，另一路经过2倍频器AMK-2-13+后再经4分频器HMC426MS8E输出60MHz信号给后端变频模块。该恒温晶振模块FCOX7-028的频率稳定度为±0.05ppm，输出功率为10dBm，杂散为-100dBc，相位噪声为-160dBc/Hz@1KHz。最终输出信号的相位噪声主要取决于该晶振信号的相位噪声。

如图3所示，直接数字式频率合成器(DDS)采用的是一款ADI公司的DDS芯片AD9914，输入来自前端变频模块的2880MHz信号做参考，功率为3±2dBm，输出140-200MHz信号，功率为-3±2dBm。AD9914是一款带12位DAC的直接数字频率合成器(DDS)。该器件采用先进的DDS技术，连同高速、高性能数模转换器，构成数字可编程的完整高频合成器，能够产生高达1.4GHz的频率捷变模拟输出正弦波。AD9914具有快速跳频和精密调谐分辨率(64位采用可编程模数模式)。这款器件还实现了快速相位与幅度跳跃功能。频率调谐和控制字通过串行或并行I/O端口载入AD9914(本实施例采用的是快速的并行控制)。它还支持在用户定义线性扫描模式下工作，可产生频率、相位或幅度的线性扫描波形。AD9914包含一个高速32位并行数据输入端口，可支持极性调制方案的高数据率以及相位、频率和幅度调谐字的快速编程。

AD9914的相位截断、幅度量化和D/A转换的非线性产生的杂散由芯片内部决定，外界无法改变。我们设计只有改善电源上带来的杂散信号，输入+5V电压先由六孔磁珠和100uF钽电容滤波，再有低噪声的线性稳压器稳压输出。芯片的互补输出端用巴伦转换也可以降低杂散，另我们选取输出频率较低，频段较窄，杂散最优的输出频段140～200MHz，使得最终射频输出杂散尽量小。

该单元电路主要指标：输出频率140～200MHz，频率步进1MHz，输出功率-3±2dBm，输出杂散≤-75dBc，七位并行码控制。

如图4所示，前端变频模块主要包括1个120MHz谐波谱发生器COMB1-034、4个滤波器、2个四路开关滤波器组、1个混频器SYM-30DHW、1个二功分器、1个二分频器HMC432E及6个放大器。

各级滤波器指标如下：

从120MHz晶振电路输出的120MHz信号进入该模块，首先经过谐波谱发生器，再经过一个滤波器(2.52-2.88GHz)、一个放大器、二功分器后，一路经过一个2.88GHz滤波器、一个放大器输出2880MHz信号给直接数字式频率合成器(DDS)做参考信号，另一路经过一个四路开关滤波组滤出四个频点2520MHz、2640MHz、2760MHz、2880MHz信号，然后经一个放大器、二分频器、一个滤波器(LFCN-1400+)、再经过一个放大器后进入混频器与来自直接数字式频率合成器(DDS)的140～200MHz信号(该信号经过一个170MHz滤波器进入混频器)混频产生1060～1300MHz信号，该信号经过一个放大器、一个四路开关滤波器组滤波后再经一个放大器，输出1060～1300MHz的信号。

该单元电路主要指标：输出频率为2.88GHz，输出功率为3±2dBm，输出杂散≤-80dBc，输出频率为1060～1300MHz，输出功率为0±2dBm，输出杂散≤-80dBc。

如图5所示，后端变频模块包括1个二功分器SBTC-2-10L+、1个2倍频器AMK-2-13+、1个240MHz谐波谱发生器COMB1-036、1个三路开关滤波器组、3个混频器(2个HMC558LC3B、1个ADE-35MH)、5个滤波器和7个放大器组成。

各级滤波器指标如下：

序号	中心频率	-1dB带宽	中心(f0)插损	带外抑制
					1	240MHz	≥12MHz	≤4dB	≥80dBc@f0±120MHz
2	1560MHz	≥25MHz	≤4dB	≥85dBc@f0±120MHz
					3	1620MHz	≥6MHz	≤6dB	≥80dBc@f0±60MHz
4	8880MHz	≥30MHz	≤4.5dB	≥85dBc@f0±120MHz
					5	9120MHz	≥30MHz	≤4.5dB	≥85dBc@f0±120MHz
6	9360MHz	≥30MHz	≤4.5dB	≥85dBc@f0±120MHz
					7	7925MHz	≥700MHz	≤2dB	≥80dBc@f0±165MHz
8	9550MHz	≥710MHz	≤2dB	≥80dBc@f0±165MHz

从120MHz晶振电路输出的120MHz信号进入该模块，首先经过二功分器功分出2路120MHz信号，一路依次经过2倍频器、一个放大器、一个滤波器(240MHz)、谐波谱发生器、三路开关滤波组后滤出8880MHz、9120MHz、9360MHz三个点频信号，然后经过一个放大器进入一个混频器(HMC558LC3B)与来自前端变频模块的1060～1300MHz信号混频产生7580～8280MHz信号，该信号经过一个滤波器(7925MHz)、一个放大器后再进入一个混频器(HMC558LC3B)。二功分器功分出的另一路120MHz信号经过一个放大器(NBB500)后再经过一个1560MHz滤波器滤出一个1560MHz点频信号，该信号经过一个放大器进入一个混频器(ADE-35MH)与来自120MHz晶振电路输出的60MHz信号混频产生1620MHz信号，该信号经一个放大器、一个滤波器(1620MHz)后进入一个混频器(HMC558LC3B)与之前产生的7580～8280MHz信号混频产生9200～9900MHz信号，然后经过一个滤波器(9550MHz)、一个放大器输出最终需要的9200～9900MHz信号。

该单元电路主要指标：输出频率为9200～9900MHz，输出功率≥15dBm，输出杂散≤-75dBc，相位噪声≤-100dBc/Hz@1KHz。

本发明提供的X波段频率合成器，器件内部采用多次变频滤波，电路设计更加合理，有效地解决了当前市面上常见的频率合成器的缺点，使得输出信号在9.2-9.9GHz范围内，杂散≤-75dBc，相位噪声≤-100dBc/Hz@1kHz，频率切换速度≤200nS，频率步进为1MHz，可以很好地满足实际应用的需要。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种X波段频率合成器，其特征在于，包括晶振电路、直接数字式频率合成器、前端变频模块和后端变频模块，其中：

所述晶振电路分别与所述前端变频模块和所述后端变频模块相连；

所述前端变频模块分别与所述晶振电路、所述直接数字式频率合成器和所述后端变频模块相连；

所述后端变频模块分别与所述晶振电路和所述前端变频模块相连；

所述直接数字式频率合成器与所述前端变频模块相连；

所述前端变频模块包括1个谐波谱发生器、1个混频器、4个滤波器、2个四路开关滤波器组、6个放大器、1个二功分器和1个二分频器；从晶振电路输出的信号进入前端变频模块，经过谐波谱发生器，再经过一个滤波器、一个放大器、二功分器后，一路经过一个滤波器、一个放大器输出信号给直接数字式频率合成器做参考信号，另一路经过一个四路开关滤波组滤出四个频点信号，然后经一个放大器、二分频器、一个滤波器、再经过一个放大器后进入混频器与来自直接数字式频率合成器的信号混频产生一个新信号，该新信号经过一个放大器、一个四路开关滤波器组滤波后再经一个放大器输出；

所述后端变频模块包括1个二功分器、1个二倍频器、1个谐波谱发生器、1个三路开关滤波器组、3个混频器、7个放大器和5个滤波器，从晶振电路输出的信号进入后端变频模块，首先经过二功分器功分出2路信号，一路依次经过2倍频器、一个放大器、一个滤波器、谐波谱发生器、三路开关滤波组后滤出三个点频信号，然后经过一个放大器进入一个混频器与来自前端变频模块的信号混频产生第一个新信号，该第一个新信号经过一个滤波器、一个放大器后再进入一个混频器；二功分器功分出的另一路信号经过一个放大器后再经过一个滤波器滤出一个点频信号，该点频信号经过一个放大器进入一个混频器与来自晶振电路输出的信号混频产生第二个新信号，第二个新信号经一个放大器、一个滤波器后进入一个混频器与之前产生的第一个新信号混频产生第三个新信号，然后第三个新信号经过一个滤波器、一个放大器后输出。

2.根据权利要求1所述的X波段频率合成器，其特征在于，所述晶振电路包括恒温晶振、三功分器、2倍频器和4分频器，其中：所述恒温晶振与所述三功分器相连；所述三功分器与所述2倍频器相连；所述2倍频器与所述4分频器相连。

3.根据权利要求2所述的X波段频率合成器，其特征在于，所述恒温晶振为FCOX7-028。