CN108092932B - 一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源，包括低频合成源、压控振荡器、双边带调制器和倍频器。很好的解决了高频微波信号输出、输出信号宽频率、多频率信号输出、输出信号强度可调、调节灵活且方便小型化。微波源使用压控振荡器和低频合成源作为低频输入信号，具有调节频率宽和灵活的特点。双边带调制器产生多边带调制信号，调制频率带宽看，信号强度可以通过相位差灵活改变。双边带调制器输出信号经过倍频器，由于倍频器的非线性效应，输出多频信号，且各频率峰值强度可以通过改变相位差调节。

Description

一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频 率输出微波源
技术领域
本发明属于微波/毫米波技术中微波信号源领域，具体涉及一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调信号强度可调多频率输出微波源。
背景技术
随着微波通信和测量技术的发展，人们对于微波源的调节灵活性、高频率、高信噪比、多频率输出的要求越来越高。最早的微波源为微波管振荡源，它主要包括速调管、返波管和回旋管。它们具有输出功率大、振荡频率高、频谱纯、耐高低温和抗核辐射能力强等优点，但结构复杂、体积大、工作电压高(最高达数十万伏)，应用受到限制。
随着半导体二极管的问世，基于此技术一种新的微波源(微波固态振荡源)被研制。微波固态振荡源体积小、重量轻、结构简单、寿命长，工作电压仅为几伏至几十伏，而且便于集成化，但输出功率小，已经达到的最高振荡频率低于微波管振荡源的频率。为了实现高频信号输出，往往需要添加倍频器。
为了实现同时多频信号输出，可以使用多个不同频率微波源联合输出；或者利用微波器件谐波多频输出。但是这些技术成本较为昂贵且很难实现输出频率、频差和输出信号强度的灵活调节。
发明内容
本发明的目的在于：以较为简单的方法产生一种输出频率和强度可调的多频率毫米波微波源。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源，包括低频合成源、压控振荡器、双边带调制器和倍频器，其中：
所述的低频合成源，用来产生两道频率和幅度相同且相位差可调的微波信号，两道信号分别作为双边带调制器中频端口的输入信号，通过调节相位差改变信号强度，信号源频率范围50-400MHz，功率范围0-15dBm,两道信号相位差调节范围0-180度；
所述的压控振荡器提供低相位噪声且频率可调的微波信号，作为双边带调制器的本征输入信号，该微波源输出频率8-12.5GHz，输出功率16dBm，调谐电压范围0-20V，输出功率平坦度小于3dB；
所述的双边带调制器，在给定本征和中频信号的情况下，可以通过调制中频信号相位差改变输出边带信号强度，其中频调节范围100-500MHz，本征频率范围8-18GHz，本征输入功率13-18dBm；
所述的倍频器，用于最终实现宽频带、多频输出、频差和强度可调的微波源；
该微波源利用了双边带调制器输出信号强度可调和倍频器非线性效应实现可调多频输出。
其中，所述利用倍频器的非线性器件对于多频输入信号的非线性放电效应，实现对于信号的频率和功率的放大作用。
其中，所述借助双边带调制器产生频率可调多边带信号且信号强度可调，通过调节倍频器输入信号不同峰值的强度实现多频率强度可调信号输出。
其中，该微波源主要是利用了倍频器中电子学器件的非线性效应。
本发明的原理在于：
一种应用于外差形态中的变频技术和倍频技术，包括低频合成源、一个压控振荡器(VCO)、一个双边带调制器、一个倍频器。
所述中的低频合成源，用来产生两道频率和幅度相同且相位差可调的微波信号。两道信号分别作为双边带调制器本征端口的输入信号，通过调节相位差实现双边带输出信号调制。信号源频率调节范围50-400MHz，功率调节范围0-15dBm,两道信号相位差调节范围0-180度。
所述中的压控振荡器提供低相位噪声且频率可调的微波信号，作为上边带调制器的本征输入信号。该微波源输出频率8-12.5GHz，输出功率16dBm，调谐电压范围0-20V，输出功率平坦度小于6dB。
所述中的双边带调制器，在给定本征和中频输入信号的情况下，可以通过调制中频信号相位差产生上下边带可调的微波信号，其中频调节范围100-500MHz，本征频率范围8-18GHz，本征输入功率13-18dBm。双边带调制器输出电场信号：
上下边带强度比值：
其中和ωRF压控振荡器输出强度和频率，B、ωm和θ为低频合成源输入信号强度、频率和相位误差，γ为双边带调制器相位误差。
所述中的倍频器，用于最终产生实现宽频带、多频输出、频差和强度可调的微波源。以四倍频器为例，输出信号满足：
其中，k对应和本征频率相差kfm频率的峰值。
本发明的优点和积极效果是：
(1)本发明结构简单，便于小型化。
(2)本发明使用低频双信号输出源，输出信号频率和幅度误差小且两道信号相位调节灵活精度高。
(3)本发明使用压控振荡器作为本征信号源，输出信号带宽宽，调节方便，便于模块化。
(4)本发明使用双边带调制器输出强度可调多边带信号，输出信号相位噪声低，中频和射频可调范围大，且上下边带强度可以通过中频信号相位差灵活调节。
(5)本发明使用倍频器作为最终微波输出源，输出信号频宽调节性高，输频率点多、信号强度差小、且可调节。
附图说明
图1是为本发明一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源结构示意图。
图2是本发明中不同相位差对应上下边带强度，其中，图2(a)为为双边带IF输入信号相差为0和π/2时RF输出信号功率谱，图2(b)为为双边带输出信号上下边带强度比值和相差的关系。
图3是本发明中不同β对应输出信号功率谱模拟图，其中，图3(a)为输入信号上下边带强度比值接近0时倍频器输出信号功率谱，图3(b)为输入信号上下边带强度比值为0.5时倍频器输出信号功率谱，图3(c)为输入信号上下边带强度比值为1时倍频器输出信号功率谱，图3(d)为输入信号为三频率等差信号时倍频器输出信号功率谱。
图4是本发明中一个实测输出信号功率谱。
图5是本发明一个应用实例的测试结果。
其中，VCO为压控振荡器、S为双道合成源、DSB为双边带调制器、M为混频器，f0为VCO输入频率，fm为低频合成源输出频率，β为双边带调制器上下边带功率比值。
具体实施方式
以下结合附图和效果的实施例，对本技术方案进行详细说明。
如图1为微波源原理图，首先利用双边带调制器生成本征频率、调制频率可调和输出频率强度可调的多边带低频微波信号：
上下边带强度和相位差满足：
实际测试中发现，双边带调制器输出信号包含多个边带。
然后把双边带输出信号输入到倍频器，利用其中非线性电子器件产生多频高频信号：
从上式中可以发现调节输入信号峰值之间的强度可以灵活实现输出信号的调节。
如图5所示，为利用新微波源搭建的多普勒系统测量运动光栅的反射信号图，新系统主要由两个VCO(具有频率差f1)，一个双信号输出低频合成源、两个四倍频、两个高频混频器、一个发射天线、一个低频滤波放大采集系统。
首先，低频信号源输出信号进入双边带调制器的I和Q端。然后VCO输出信号进入双边带调制器的本征入射端，双边带调制器输出射频信号进入四倍频器，再分成两路，一路通过天线发射，一路进入参考高频混频器的射频端。从光栅反射信号经过接收天线进入探测信号高频混频器的射频端。
另外一个VCO输出信号直接进入四倍频器，然后分别作为参考混频器和探测混频器的本征端入射信号。两个混频器输出中频信号经过滤波、功分、放大和混频，最后被采集。在最后混频信号中，不同频率点都观测到多普勒频移，且频移的大小和理论计算一致。
在一个实施例当中，所述的微波源具体技术指标如下：
输出信号：
(1)输出频：频率33-52GHz；
(2)最大峰和第四峰值功率差小于10dB；
(3)中频频率范围200-400MHz；
(4)有效输出频率点大于4；
上述参照实施例对该微波源系统详细的描述，是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源，其特征在于：包括低频合成源、压控振荡器、双边带调制器和倍频器，其中：
所述的低频合成源，用来产生两道频率和幅度相同且相位差可调的微波信号，两道信号分别作为双边带调制器中频端口的输入信号，通过调节相位差改变信号强度，信号源频率范围50-400MHz，功率范围 0-15dBm, 两道信号相位差调节范围0-180度；
所述的压控振荡器提供低相位噪声且频率可调的微波信号，作为双边带调制器的本征输入信号，该微波源输出频率 8-12.5GHz，输出功率16dBm，调谐电压范围 0-20V，输出功率平坦度小于3dB；
所述的双边带调制器，在给定本征和中频信号的情况下，可以通过调制中频信号相位差改变输出边带信号强度，其中频调节范围100-500MHz，本征频率范围 8-18GHz，本征输入功率13-18dBm；
所述的倍频器，用于最终实现宽频带、多频输出、频差和强度可调的微波源；
该微波源利用了双边带调制器输出信号强度可调和倍频器非线性效应实现可调多频输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源：其特征在于：利用倍频器的非线性器件对于多频输入信号的非线性放电效应，实现对于信号的频率和功率的放大作用。
3.根据权利要求1所述的一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源，其特征在于：借助双边带调制器产生频率可调多边带信号且信号强度可调，通过调节倍频器输入信号不同峰值的强度实现多频率强度可调信号输出。
4.根据权利要求1所述的一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源，其特征在于：其主要是利用了倍频器中电子学器件的非线性效应。
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