CN106888015B - 一种宽带捷变频毫米波频率综合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽带捷变频毫米波频率综合器，包括基准源模块和毫米波变频模块，基准源模块与毫米波变频模块通过电缆互联，基准源模块为毫米波变频模块提供中频及本振信号。本发明的宽带捷变频毫米波频率综合器，采用了混合式频率合成技术(即DAS+PLL)的方案。通过二者的结合，可充分发挥PLL的宽频带以及DAS的低相噪的优点，提供具有一定隔离度的一路Ku波段本振信号和三路毫米波发射信号，作为整机的发射激励信号和接收机的本振信号。

Description

一种宽带捷变频毫米波频率综合器

技术领域

本发明涉及微波电路技术领域，具体而言涉及一种宽带捷变频毫米波频率综合器。

背景技术

频率综合器，简称频综，是许多电子系统的关键组成部分之一，其主要技术指标包括输出频率范围及频率步进、输出功率及功率起伏、输出波形和调制状态、频率精度和频率稳定度(包括长期频率稳定度和短期频率稳定度(相位噪声)、谐波/杂波抑制、跳频速度、功耗、电源、环境条件等，其中相位噪声、杂波抑制、频率步进、跳频速度这四项技术指标是频综中最重要的技术指标，它们的好坏决定了频综的好坏。

目前常用的频率合成技术主要分为直接模拟式频率合成技术(DAS)和间接锁相式频率合成技术(PLL)。DAS技术通过混频、倍频、滤波的方式得到所需要的频率，具有频率切换时间短、低相噪、低杂散的特点，但因系统较复杂，实现起来比较困难，体积大、成本高。PLL技术通过锁相环技术得到所需的频率，成本低、体积小，但相比较DAS技术相噪、跳频时间又较差。

混合式频率合成技术(DAS+PLL)先用PLL在低频(通常为L或者S波段)锁一段频率，再通过混频、倍频、滤波等方式得到所需要的频率，该技术综合了上述两种方式的优点，既能得到较好的相噪、杂散指标，又能减小系统的体积、重量，近年来在频综领域得到了广泛的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种宽带捷变频毫米波频率综合器，具有一定隔离度的一路Ku波段本振信号和三路毫米波发射信号，作为整机的发射激励信号和接收机的本振信号，具有宽频带、捷变频、重量轻、体积小、高性能的特点。

为达成上述目的，本发明提出一种宽带捷变频毫米波频率综合器，包括基准源模块和毫米波变频模块，基准源模块与毫米波变频模块通过电缆互联，基准源模块为毫米波变频模块提供中频及本振信号。

宽带捷变频毫米波频综，基准源模块包括依次连接的参考源电路、跳频源电路、混频电路。

参考源电路包括晶振电路、功分电路、放大滤波电路，晶振电路产生100MHz参考信号，经过功分电路将参考信号分成七路，其中三路直接对外输出，分别为采样时钟信号、DDS时钟信号、设备参考信号，另外四路经过放大、滤波电路，将参考信号功率放大并滤除二次谐波后输出给跳频源电路。

跳频源电路由第一锁相电路(23)，第二锁相电路(24)，第三锁相电路(25)，控制电路(30)四部分构成。从基准源模块过来的参考信号1进入第二锁相电路(24)，通过锁相的方式得到12GHz点频信号；从基准源模块过来的参考信号2进入第一锁相电路(23)，通过锁相的方式得到1692～1708MHz跳频信号，跳频步进为4MHz；从基准源模块过来的参考信号3进入第三锁相电路(25)，通过锁相的方式得到3～4GHz跳频信号，跳频步进为20MHz；从基准源模块过来的参考信号4进入控制电路(30)，为其提供时钟信号。

混频电路由第一混频器(1)、第二混频器(9)、第三放大功分电路(6)三部分组成。由第一锁相电路(23)产生的1692～1708MHz跳频信号经过第三放大功分电路(6)后，功率得到放大并且输出两路内部本振信号：内部本振1、内部本振2；内部本振1经过滤波之后进入第一混频器的本振输入端口，由外部提供的发射DDS信号经过放大之后进入第一混频器的中频输入端口，两路信号在混频环节经过混频之后产生内部发射1信号，内部发射1信号经过滤波、放大、滤波之后输出IF1中频信号；内部本振2经过滤波之后进入第二混频器的本振输入端口，由外部提供的本振DDS信号经过放大之后进入第二混频器的中频输入端口，两路信号在混频环节经过混频之后产生内部发射2信号，内部发射2信号经过滤波、放大、滤波之后输出IF2中频信号。

毫米波变频模块由第一放大功分电路、第二放大功分电路、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第六混频器、倍频放大电路和毫米波功分电路八部分组成。由第二锁相电路产生的12GHz点频信号进入第一放大功分电路，功率得到放大，并且分为两路信号：内部本振3、内部本振4；内部本振3经过滤波之后进入第三混频器的本振输入端口，内部本振4经过衰减之后进入第五混频器的本振输入端口。由第三锁相电路产生的3～4GHz跳频信号进入第二放大功分电路，功率得到放大，并且分为两路信号：内部中频1、内部中频2；内部中频1经过放大、衰减之后进入第四混频器的中频输入端口，内部中频2经过滤波之后进入第六混频器的中频输入端口。由混频电路产生的IF1中频信号进入第三混频器的中频输入端口与内部本振3进行混频，产生内部本振5。由混频电路产生的IF2中频信号进入第六混频器的中频输入端口与内部本振4进行混频，产生内部本振6。内部本振5经过滤波、放大、滤波、放大之后进入第四混频器的本振端口，与内部中频1混频产生发射基准信号，发射基准信号经过倍频放大电路，频率变为原来的2倍，成为毫米波信号，毫米波信号经过毫米波功分电路之后分为三路信号：自检信号、设备射频基准信号、发射激励信号，三路信号分别经过第一放大电路、第一滤波电路、第一开关电路之后对外输出。内部本振6经过滤波、放大、滤波、放大之后进入第六混频器的本振端口，与内部中频2混频产生本振信号，本振信号经过第二滤波电路、第二放大电路、第二开关电路后对外输出。

由以上本发明的技术方案，外部输入的两路DDS中频信号经过混频、滤波、倍频等环节最终输出一路KU波段本振信号和三路Ka波段发射信号。由于系统对宽带捷变频毫米波频综要求体积小、重量轻，因此毫米波变频模块采用了微组装工艺及芯片化设计，满足了系统体积、重量指标的要求。

本发明采用微波小型化集成设计及微组装工艺实现了宽带捷变频毫米波频综的小型化，解决了在弹载设备进行雷达信号侦测技术攻关，获得了具有宽频带、捷变频、体积小、重量轻、高性能毫米波频综。填补国内在此类设备的空缺，满足了弹载侦测技术要求。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的宽带捷变频毫米波频率综合器的结构示意图。

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。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1所示，本发明提出的一种宽带捷变频毫米波频率综合器，包括基准源模块和毫米波变频模块，基准源模块与毫米波变频模块通过电缆互联，基准源模块为毫米波变频模块提供中频及本振信号。

结合图1，基准源模块包括参考源电路、混频电路、跳频源电路三部分。依次连接参考源电路、跳频源电路、混频电路。

参考源电路包括晶振电路(26)、功分电路(27)、放大滤波电路(29)，由晶振电路(26)产生100MHz参考信号，经过功分电路(27)将参考信号分成七路，其中三路直接对外输出，分别为采样时钟信号、DDS时钟信号、设备参考信号。另外四路经过放大、滤波电路(29)，将参考信号功率放大并滤除二次谐波后输出给跳频源电路。

跳频源电路由第一锁相电路(23)，第二锁相电路(24)，第三锁相电路(25)，控制电路(30)四部分构成。从基准源模块过来的参考信号1进入第二锁相电路(24)，通过锁相的方式得到12GHz点频信号；从基准源模块过来的参考信号2进入第一锁相电路(23)，通过锁相的方式得到1692～1708MHz跳频信号，跳频步进为4MHz；从基准源模块过来的参考信号3进入第三锁相电路(25)，通过锁相的方式得到3～4GHz跳频信号，跳频步进为20MHz；从基准源模块过来的参考信号4进入控制电路(30)，为其提供时钟信号。

混频电路由第一混频器(1)、第二混频器(9)、第三放大功分电路(6)三部分组成。由第一锁相电路(23)产生的1692～1708MHz跳频信号经过第三放大功分电路(6)后，功率得到放大并且输出两路内部本振信号：内部本振1、内部本振2；内部本振1经过滤波之后进入第一混频器(1)的本振输入端口，由外部提供的发射DDS信号经过放大之后进入第一混频器(1)的中频输入端口，两路信号在混频环节经过混频之后产生内部发射1信号，内部发射1信号经过滤波、放大、滤波之后输出IF1中频信号；内部本振2经过滤波之后进入第二混频器(9)的本振输入端口，由外部提供的本振DDS信号经过放大之后进入第二混频器(9)的中频输入端口，两路信号在混频环节经过混频之后产生内部发射2信号，内部发射2信号经过滤波、放大、滤波之后输出IF2中频信号。

结合图1，毫米波变频模块由第一放大功分电路(7)、第二放大功分电路(8)、第三混频器(3)、第四混频器(5)、第五混频器(11)、第六混频器(13)、倍频放大电路(18)和毫米波功分电路(19)八部分组成。由第二锁相电路(24)产生的12GHz点频信号进入第一放大功分电路(7)，功率得到放大，并且分为两路信号：内部本振3、内部本振4；内部本振3经过滤波之后进入第三混频器(3)的本振输入端口，内部本振4经过衰减之后进入第五混频器(11)的本振输入端口。由第三锁相电路(25)产生的3～4GHz跳频信号进入第二放大功分电路(8)，功率得到放大，并且分为两路信号：内部中频1、内部中频2；内部中频1经过放大、衰减之后进入第四混频器(5)的中频输入端口，内部中频2经过滤波之后进入第六混频器(13)的中频输入端口。由混频电路产生的IF1中频信号进入第三混频器(3)的中频输入端口与内部本振3进行混频，产生内部本振5。由混频电路产生的IF2中频信号进入第六混频器(13)的中频输入端口与内部本振4进行混频，产生内部本振6。内部本振5经过滤波、放大、滤波、放大之后进入第四混频器(5)的本振端口，与内部中频1混频产生发射基准信号，发射基准信号经过倍频放大电路(18)，频率变为原来的2倍，成为毫米波信号，毫米波信号经过毫米波功分电路(19)之后分为三路信号：自检信号、设备射频基准信号、发射激励信号，三路信号分别经过第一放大电路(20)、第一滤波电路(21)、第一开关电路(22)之后对外输出。内部本振6经过滤波、放大、滤波、放大之后进入第六混频器(13)的本振端口，与内部中频2混频产生本振信号，本振信号经过第二滤波电路(14)、第二放大电路(15)、第二开关电路(16)后对外输出。

本发明采用混合式频率合成技术，并通过微组装芯片集成的方式实现变频模块，满足了系统对于体积、重量的要求。性能指标如下：

工作频段：Ka波段；

发射信号功率：2～5dBm@50Ω；

工作带宽：±1GHz；

单边带相噪：≤-78dBc/Hz@5kHz；

≤-86dBc/Hz@10kHz～750kHz；

无用频率分量：在所有条件下优于-60dBc；

整机重量：≤1kg；

体积：

在EMI滤波器技术、一体化设计等方面进行了较大的改进，实现了该种类产品的小型化和高可靠性。

在一些具体的例子中，上述第一锁相电路(23)、第二锁相电路(24)、第三锁相电路(25)、控制电路(30)、第一混频器(1)、第二混频器(9)、第三放大功分电路(6)、晶振电路(26)、功分电路(27)、放大滤波电路(29)、第一放大功分电路(7)、第二放大功分电路(8)、第三混频器(3)、第四混频器(5)、第五混频器(11)、第六混频器(13)、倍频放大电路(18)和毫米波功分电路(19)均通过电路板50Ω线连接。

第一锁相电路(23)、第二锁相电路(24)、第三锁相电路(25)、控制电路(30)、第一混频器(1)、第二混频器(9)、第三放大功分电路(6)、晶振电路(26)、功分电路(27)、放大滤波电路(29)均使用小型化表面贴装器件。

输入发射DDS信号是300MHz的信号，输入本振DDS信号是330MHz的信号，本振模块(16)是产生16.6GHz～17.6GHz信号；发射模块(19)是产生32.6GHz～34.6GHz信号。

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 (4)

1.一种宽带捷变频毫米波频率综合器，其特征在于，包括基准源模块和毫米波变频模块，基准源模块与毫米波变频模块通过电缆互联，基准源模块为毫米波变频模块提供中频及本振信号；

所述基准源模块包括依次连接得参考源电路、跳频源电路和混频电路，其中：参考源电路包括晶振电路(26)、功分电路(27)、放大滤波电路(29)，由晶振电路(26)产生100MHz参考信号，经过功分电路(27)将参考信号分成七路，其中三路直接对外输出，分别为采样时钟信号、DDS时钟信号、设备参考信号，另外四路经过放大滤波电路(29)，将参考信号功率放大并滤除二次谐波后输出给跳频源电路；

跳频源电路由第一锁相电路(23)，第二锁相电路(24)，第三锁相电路(25)，控制电路(30)四部分构成，从基准源模块过来的第一参考信号进入第二锁相电路(24)，通过锁相的方式得到12GHz点频信号；从基准源模块过来的第二参考信号进入第一锁相电路(23)，通过锁相的方式得到1692～1708MHz跳频信号，跳频步进为4MHz；从基准源模块过来的第三参考信号进入第三锁相电路(25)，通过锁相的方式得到3～4GHz跳频信号，跳频步进为20MHz；从基准源模块过来的第四参考信号进入控制电路(30)，为其提供时钟信号；

混频电路由第一混频器(1)、第二混频器(9)、第三放大功分电路(6)三部分组成，由第一锁相电路(23)产生的1692～1708MHz跳频信号经过第三放大功分电路(6)后，功率得到放大并且输出两路内部本振信号：第一内部本振、第二内部本振；第一内部本振经过滤波之后进入第一混频器(1)的本振输入端口，由外部提供的发射DDS信号经过放大之后进入第一混频器(1)的中频输入端口，两路信号在混频环节经过混频之后产生第一内部发射信号，第一内部发射信号经过滤波、放大、滤波之后输出IF1中频信号；第二内部本振经过滤波之后进入第二混频器(9)的本振输入端口，由外部提供的本振DDS信号经过放大之后进入第二混频器(9)的中频输入端口，两路信号在混频环节经过混频之后产生第二内部发射信号，第二内部发射信号经过滤波、放大、滤波之后输出IF2中频信号；

所述毫米波变频模块由第一放大功分电路(7)、第二放大功分电路(8)、第三混频器(3)、第四混频器(5)、第五混频器(11)、第六混频器(13)、倍频放大电路(18)和毫米波功分电路(19)八部分组成，由第二锁相电路(24)产生的12GHz点频信号进入第一放大功分电路(7)，功率得到放大，并且分为两路信号：第三内部本振、第四内部本振；第三内部本振经过滤波之后进入第三混频器(3)的本振输入端口，第四内部本振经过衰减之后进入第五混频器(11)的本振输入端口，由第三锁相电路(25)产生的3～4GHz跳频信号进入第二放大功分电路(8)，功率得到放大，并且分为两路信号：第一内部中频、第二内部中频；第一内部中频经过放大、衰减之后进入第四混频器(5)的中频输入端口，第二内部中频经过滤波之后进入第六混频器(13)的中频输入端口，由混频电路产生的IF1中频信号进入第三混频器(3)的中频输入端口与第三内部本振进行混频，产生第五内部本振，由混频电路产生的IF2中频信号进入第六混频器(13)的中频输入端口与第四内部本振进行混频，产生第六内部本振，第五内部本振经过滤波、放大、滤波、放大之后进入第四混频器(5)的本振端口，与第一内部中频混频产生发射基准信号，发射基准信号经过倍频放大电路(18)，频率变为原来的2倍，成为毫米波信号，毫米波信号经过毫米波功分电路(19)之后分为三路信号：自检信号、设备射频基准信号、发射激励信号，三路信号分别经过第一放大电路(20)、第一滤波电路(21)、第一开关电路(22)之后对外输出，第六内部本振经过滤波、放大、滤波、放大之后进入第六混频器(13)的本振端口，与第二内部中频混频产生本振信号，本振信号经过第二滤波电路(14)、第二放大电路(15)、第二开关电路(16)后对外输出。

2.根据权利要求1所述的宽带捷变频毫米波频率综合器，其特征在于，所述第一锁相电路(23)、第二锁相电路(24)、第三锁相电路(25)、控制电路(30)、第一混频器(1)、第二混频器(9)、第三放大功分电路(6)、晶振电路(26)、功分电路(27)、放大滤波电路(29)、第一放大功分电路(7)、第二放大功分电路(8)、第三混频器(3)、第四混频器(5)、第五混频器(11)、第六混频器(13)、倍频放大电路(18)和毫米波功分电路(19)，在宽带捷变频毫米波频率综合器的设计中，通过电路板50Ω线与其他的部件连接。

3.根据权利要求1所述的宽带捷变频毫米波频率综合器，其特征在于，所述第一锁相电路(23)、第二锁相电路(24)、第三锁相电路(25)、控制电路(30)、第一混频器(1)、第二混频器(9)、第三放大功分电路(6)、晶振电路(26)、功分电路(27)、放大滤波电路(29)均使用小型化表面贴装器件。

4.根据权利要求1所述的宽带捷变频毫米波频率综合器，其特征在于，输入发射DDS信号是300MHz的信号，输入本振DDS信号是330MHz的信号，本振模块(16)产生的是16.6GHz～17.6GHz信号；发射模块(19)产生的是32.6GHz～34.6GHz信号。

Images