CN107453753B - 一种c波段vco稳频电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波信号频率合成技术领域，具体地讲涉及一种C波段VCO稳频电路，包括压控振荡单元、三功分单元、移相单元、混频单元、低通滤波单元、输出单元；所述压控振荡单元的输出端连接三功分单元的输入端，三功分单元的三个输出端分别连接移相单元、混频单元和输出单元的输入端，移相单元的输出端连接混频单元的输入端，混频单元的输出端连接低通滤波单元的输入端，低通滤波单元的输出端连接压控振荡单元的输入端，输出单元的输出端为本稳频电路的输出端口。本稳频电路能够在较高微波频率上和较宽的带宽范围内进行稳频，同时改善了振荡源的噪声性能。

Description

一种C波段VCO稳频电路
技术领域
本发明属于微波信号频率合成技术领域，具体地讲涉及一种C波段VCO稳频电路。
背景技术
微波振荡源的稳频技术在无线电、雷达、电抗、通信、仪器仪表等领域内都有涉及，因为振荡源的稳频程度直接影响到电子系统本身的工作性能。
常见的振荡源稳频措施包括直接晶体稳频、原子频标稳频、介质稳频、空气腔体稳频等，它们在不同的应用场合也得到了广泛的应用推广，性能也各有优劣。直接晶体稳频、原子频标稳频长期稳定度好，但工作频率偏低，介质稳频、空气腔体稳频在频谱中远区相位噪声性能优异，但工作带宽较窄。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种C波段VCO稳频电路，其能够在较高微波频率上和较宽的带宽范围内进行稳频，同时改善了振荡源的噪声性能。
本发明采用以下技术方案：
一种C波段VCO稳频电路，包括压控振荡单元、三功分单元、移相单元、混频单元、低通滤波单元、输出单元；所述压控振荡单元的输出端连接三功分单元的输入端，三功分单元的三个输出端分别连接移相单元、混频单元和输出单元的输入端，移相单元的输出端连接混频单元的输入端，混频单元的输出端连接低通滤波单元的输入端，低通滤波单元的输出端连接压控振荡单元的输入端，输出单元的输出端为本稳频电路的输出端口。
优选的，所述压控振荡单元包括第一电感、压控振荡器、第一电容、第二电容、第三电容；所述第一电容的正极分别连接+3V电源、第一电感的一端和第二电容的一端，第一电容的负极连接第二电容的另一端，第一电感的另一端分别连接第三电容的一端和压控振荡器的Vcc脚，压控振荡器的RFout脚连接三功分单元的输入端，压控振荡器的Vtune脚连接低通滤波单元的输出端，压控振荡器的GND脚、第一电容的负极和第三电容的另一端均接地。
进一步优选的，所述三功分单元包括第一电阻、第二电阻，第一电阻的一端分别连接压控振荡器的RFout脚、第一电阻的另一端、第二电阻的一端和第二电阻的另一端，第一电阻的另一端连接输出单元的输入端，第二电阻的一端连接移相单元的输入端，第二电阻的另一端连接混频单元的输入端。
更进一步优选的，所述移相单元包括第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第二电感、第三电感和移相器；所述第四电容的正极分别连接+5V电源、第五电容的一端和第二电感的一端，第四电容的负极连接第五电容的另一端，第二电感的另一端分别连接第六电容的一端、移相器的Vdd脚；所述第七电容的正极分别连接-5V电源、第八电容的一端和第三电感的一端，第七电容的负极连接第八电容的另一端，第三电感的另一端分别连接第九电容的一端、移相器的Vss脚；所述移相器的RFin脚连接第二电阻的一端，所述移相器的RF/OUT脚连接混频单元的输入端；所述第四电容的负极、第六电容的另一端、第七电容的负极、第九电容的另一端、移相器的GND脚均接地。
更进一步优选的，所述混频单元采用混频器，混频器的LO脚连接移相器的RF/OUT脚，混频器的RF脚连接第二电阻的另一端，混频器的IF脚连接低通滤波单元的输入端，混频器的GND脚均接地。
更进一步优选的，所述低通滤波单元包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容和低通滤波器；所述第三电阻的一端、第十电容的一端均连接混频器的IF脚，第三电阻的另一端分别连接第四电阻的一端、第五电阻的一端和低通滤波器的IN-脚，第四电阻的另一端连接第十一电容的一端，第五电阻的另一端连接第十三电容的一端，第十三电容的另一端分别连接低通滤波器的OUT脚和压控振荡器的Vtune脚；低通滤波器的IN+脚分别连接第六电阻的一端和第七电阻的一端，第七电阻的另一端分别连接第十二电容的一端、第十四电容的一端、第十五电容的一端、低通滤波器的VCC+脚、低通滤波器的VIO脚；所述第十电容的另一端、第十一电容的另一端、第六电阻的另一端、第十二电容的另一端、第十四电容的另一端和第十五电容的另一端均接地。
更进一步优选的，所述输出单元包括滤波器、第十六电容，滤波器的一端连接第一电阻的另一端，滤波器的另一端连接第十六电容的一端，第十六电容的另一端为本稳频电路的输出端。
更进一步优选的，所述压控振荡器的型号为HMC429LP4，移相器的型号为HMC649ALP6E，混频器的型号为HMC218MS8GE，低通滤波器的型号为OP27GS，滤波器的型号为LFCN-5000。
更进一步优选的，所述混频器的RF脚与第二电阻之间通过9米1673A的延迟线连接。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的稳频电路包括压控振荡单元、三功分单元、移相单元、混频单元、低通滤波单元、输出单元，所述压控振荡单元的输出端连接三功分单元的输入端，三功分单元的三个输出端分别连接移相单元、混频单元和输出单元的输入端，移相单元的输出端连接混频单元的输入端，混频单元的输出端连接低通滤波单元的输入端，低通滤波单元的输出端连接压控振荡单元的输入端，输出单元的输出端为本稳频电路的输出端口；本稳频电路通过混频单元实现信号的鉴频电压输出，通过三功分单元、移相单元实现微波信号延时分路，通过低通滤波单元实现鉴频电压的干扰滤除和VCO闭环控制，本稳频电路能够在较高微波频率上和较宽的带宽范围内进行稳频，同时改善了振荡源的噪声性能。
附图说明
图1为本发明的稳频电路的电路框图。
图2为本发明的稳频电路的电路原理图。
图3为本发明的稳频电路的测试结果的噪声曲线图。
附图标记：1-压控振荡单元，2-三功分单元，3-移相单元，4-混频单元，5-低通滤波单元，6-输出单元，N1-压控振荡器，N2-移相器，N3-混频器，N4-低通滤波器，N5-滤波器，C1～C16-第一电容～第十六电容，L1～L3-第一电感～第三电感，R1～R7-第一电阻～第七电阻。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种C波段VCO稳频电路，包括压控振荡单元1、三功分单元2、移相单元3、混频单元4、低通滤波单元5、输出单元6；所述压控振荡单元1的输出端连接三功分单元2的输入端，三功分单元2的三个输出端分别连接移相单元3、混频单元4和输出单元6的输入端，移相单元3的输出端连接混频单元4的输入端，混频单元4的输出端连接低通滤波单元5的输入端，低通滤波单元5的输出端连接压控振荡单元1的输入端，输出单元6的输出端为本稳频电路的输出端口。
如图2所示，所述压控振荡单元1包括第一电感L1、压控振荡器N1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3；所述第一电容C1的正极分别连接+3V电源、第一电感L1的一端和第二电容C2的一端，第一电容C1的负极连接第二电容C2的另一端，第一电感L1的另一端分别连接第三电容C3的一端和压控振荡器N1的Vcc脚，压控振荡器N1的RFout脚连接三功分单元2的输入端，压控振荡器N1的Vtune脚连接低通滤波单元5的输出端，压控振荡器N1的GND脚、第一电容C1的负极和第三电容C3的另一端均接地。
所述三功分单元2包括第一电阻R1、第二电阻R2，第一电阻R1的一端分别连接压控振荡器N1的RFout脚、第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端和第二电阻R2的另一端，第一电阻R1的另一端连接输出单元6的输入端，第二电阻R2的一端连接移相单元3的输入端，第二电阻R2的另一端连接混频单元4的输入端。
所述移相单元3包括第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第二电感L2、第三电感L3和移相器N2；所述第四电容C4的正极分别连接+5V电源、第五电容C5的一端和第二电感L2的一端，第四电容C4的负极连接第五电容C5的另一端，第二电感L2的另一端分别连接第六电容C6的一端、移相器N2的Vdd脚；所述第七电容C7的正极分别连接-5V电源、第八电容C8的一端和第三电感L3的一端，第七电容C7的负极连接第八电容C8的另一端，第三电感L3的另一端分别连接第九电容C9的一端、移相器N2的Vss脚；所述移相器N2的RFin脚连接第二电阻R2的一端，所述移相器N2的RF/OUT脚连接混频单元4的输入端；所述第四电容C4的负极、第六电容C6的另一端、第七电容C7的负极、第九电容C9的另一端、移相器N2的GND脚均接地。
所述混频单元4采用混频器N3，混频器N3的LO脚连接移相器N2的RF/OUT脚，混频器N3的RF脚连接第二电阻R2的另一端，混频器N3的IF脚连接低通滤波单元5的输入端，混频器N3的GND脚均接地。
所述低通滤波单元5包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15和低通滤波器N4；所述第三电阻R3的一端、第十电容C10的一端均连接混频器N3的IF脚，第三电阻R3的另一端分别连接第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端和低通滤波器N4的IN-脚，第四电阻R4的另一端连接第十一电容C11的一端，第五电阻R5的另一端连接第十三电容C13的一端，第十三电容C13的另一端分别连接低通滤波器N4的OUT脚和压控振荡器N1的Vtune脚；低通滤波器N4的IN+脚分别连接第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端分别连接第十二电容C12的一端、第十四电容C14的一端、第十五电容C15的一端、低通滤波器N4的VCC+脚、低通滤波器N4的VIO脚；所述第十电容C10的另一端、第十一电容C11的另一端、第六电阻R6的另一端、第十二电容C12的另一端、第十四电容C14的另一端和第十五电容C15的另一端均接地。
所述输出单元6包括滤波器N5、第十六电容C16，滤波器N5的一端连接第一电阻R1的另一端，滤波器N5的另一端连接第十六电容C16的一端，第十六电容C16的另一端为本稳频电路的输出端。
所述压控振荡器N1的型号为HMC429LP4，移相器N2的型号为HMC649ALP6E，混频器N3的型号为HMC218MS8GE，低通滤波器N4的型号为OP27GS，滤波器N5的型号为LFCN-5000。
所述混频器N3的RF脚与第二电阻R2之间通过9米1673A的延迟线连接。
如图3所示，图3为信号分析仪测试出的噪声曲线，该图的横轴为偏移中心频率(300Hz～10MHz)，纵轴为输出单位带宽内功率与总信号功率的比值，单位为：dBc/Hz。
从图3中可以看出，输出频率为：4.86GHz；输出功率为：15.39dBm；偏离中心频率1KHz时，输出单位带宽内功率与总信号功率的比值为-113.67dBc/Hz；偏离中心频率10KHz时，输出单位带宽内功率与总信号功率的比值为-117.37dBc/Hz；偏离中心频率100KHz时，输出单位带宽内功率与总信号功率的比值为-116.21dBc/Hz；偏离中心频率1MHz时，输出单位带宽内功率与总信号功率的比值为-123.45dBc/Hz。
如表1所示，表1列出了本稳频电路与现有稳频电路在不同的偏离中心频率下的输出单位带宽内功率与总信号功率的比值，由表1可得，本稳频电路改善了振荡源的噪声性能。
表1：
偏离中心频率100KHz 偏离中心频率1MHz
现有稳频电路 -103.75dBc/Hz -117.21dBc/Hz
本稳频电路 -116.21dBc/Hz -123.45dBc/Hz
综上所述，本发明的稳频电路包括压控振荡单元、三功分单元、移相单元、混频单元、低通滤波单元、输出单元，所述压控振荡单元的输出端连接三功分单元的输入端，三功分单元的三个输出端分别连接移相单元、混频单元和输出单元的输入端，移相单元的输出端连接混频单元的输入端，混频单元的输出端连接低通滤波单元的输入端，低通滤波单元的输出端连接压控振荡单元的输入端，输出单元的输出端为本稳频电路的输出端口；本稳频电路能够在较高微波频率上和较宽的带宽范围内进行稳频，同时改善了振荡源的噪声性能。

Claims (9)

1.一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：包括压控振荡单元(1)、三功分单元(2)、移相单元(3)、混频单元(4)、低通滤波单元(5)、输出单元(6)；所述压控振荡单元(1)的输出端连接三功分单元(2)的输入端，三功分单元(2)的三个输出端分别连接移相单元(3)、混频单元(4)和输出单元(6)的输入端，移相单元(3)的输出端连接混频单元(4)的输入端，混频单元(4)的输出端连接低通滤波单元(5)的输入端，低通滤波单元(5)的输出端连接压控振荡单元(1)的输入端，输出单元(6)的输出端为本稳频电路的输出端口。
2.根据权利要求1所述的一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：所述压控振荡单元(1)包括第一电感(L1)、压控振荡器(N1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)；所述第一电容(C1)的正极分别连接+3V电源、第一电感(L1)的一端和第二电容(C2)的一端，第一电容(C1)的负极连接第二电容(C2)的另一端，第一电感(L1)的另一端分别连接第三电容(C3)的一端和压控振荡器(N1)的Vcc脚，压控振荡器(N1)的RFout脚连接三功分单元(2)的输入端，压控振荡器(N1)的Vtune脚连接低通滤波单元(5)的输出端，压控振荡器(N1)的GND脚、第一电容(C1)的负极和第三电容(C3)的另一端均接地。
3.根据权利要求2所述的一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：所述三功分单元(2)包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)，第一电阻(R1)的一端分别连接压控振荡器(N1)的RFout脚、第一电阻(R1)的另一端、第二电阻(R2)的一端和第二电阻(R2)的另一端，第一电阻(R1)的另一端连接输出单元(6)的输入端，第二电阻(R2)的一端连接移相单元(3)的输入端，第二电阻(R2)的另一端连接混频单元(4)的输入端。
4.根据权利要求3所述的一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：所述移相单元(3)包括第四电容(C4)、第五电容(C5)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第二电感(L2)、第三电感(L3)和移相器(N2)；所述第四电容(C4)的正极分别连接+5V电源、第五电容(C5)的一端和第二电感(L2)的一端，第四电容(C4)的负极连接第五电容(C5)的另一端，第二电感(L2)的另一端分别连接第六电容(C6)的一端、移相器(N2)的Vdd脚；所述第七电容(C7)的正极分别连接-5V电源、第八电容(C8)的一端和第三电感(L3)的一端，第七电容(C7)的负极连接第八电容(C8)的另一端，第三电感(L3)的另一端分别连接第九电容(C9)的一端、移相器(N2)的Vss脚；所述移相器(N2)的RFin脚连接第二电阻(R2)的一端，所述移相器(N2)的RF/OUT脚连接混频单元(4)的输入端；所述第四电容(C4)的负极、第六电容(C6)的另一端、第七电容(C7)的负极、第九电容(C9)的另一端、移相器(N2)的GND脚均接地。
5.根据权利要求4所述的一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：所述混频单元(4)采用混频器(N3)，混频器(N3)的LO脚连接移相器(N2)的RF/OUT脚，混频器(N3)的RF脚连接第二电阻(R2)的另一端，混频器(N3)的IF脚连接低通滤波单元(5)的输入端，混频器(N3)的GND脚均接地。
6.根据权利要求5所述的一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：所述低通滤波单元(5)包括第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第十电容(C10)、第十一电容(C11)、第十二电容(C12)、第十三电容(C13)、第十四电容(C14)、第十五电容(C15)和低通滤波器(N4)；所述第三电阻(R3)的一端、第十电容(C10)的一端均连接混频器(N3)的IF脚，第三电阻(R3)的另一端分别连接第四电阻(R4)的一端、第五电阻(R5)的一端和低通滤波器(N4)的IN-脚，第四电阻(R4)的另一端连接第十一电容(C11)的一端，第五电阻(R5)的另一端连接第十三电容(C13)的一端，第十三电容(C13)的另一端分别连接低通滤波器(N4)的OUT脚和压控振荡器(N1)的Vtune脚；低通滤波器(N4)的IN+脚分别连接第六电阻(R6)的一端和第七电阻(R7)的一端，第七电阻(R7)的另一端分别连接第十二电容(C12)的一端、第十四电容(C14)的一端、第十五电容(C15)的一端、低通滤波器(N4)的VCC+脚、低通滤波器(N4)的VIO脚；所述第十电容(C10)的另一端、第十一电容(C11)的另一端、第六电阻(R6)的另一端、第十二电容(C12)的另一端、第十四电容(C14)的另一端和第十五电容(C15)的另一端均接地。
7.根据权利要求6所述的一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：所述输出单元(6)包括滤波器(N5)、第十六电容(C16)，滤波器(N5)的一端连接第一电阻(R1)的另一端，滤波器(N5)的另一端连接第十六电容(C16)的一端，第十六电容(C16)的另一端为本稳频电路的输出端。
8.根据权利要求7所述的一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：所述压控振荡器(N1)的型号为HMC429LP4，移相器(N2)的型号为HMC649ALP6E，混频器(N3)的型号为HMC218MS8GE，低通滤波器(N4)的型号为OP27GS，滤波器(N5)的型号为LFCN-5000。
9.根据权利要求5或8所述的一种C波段VCO稳频电路，其特征在于：所述混频器(N3)的RF脚与第二电阻(R2)之间通过9米1673A的延迟线连接。
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