CN111740720A

CN111740720A - 一种0~18GHz超宽带扫频源

Info

Publication number: CN111740720A
Application number: CN202010698122.8A
Authority: CN
Inventors: 宋剑威; 蒋晔; 周涵奇; 朱培培
Original assignee: Wuxi Huace Electronic System Co Ltd
Current assignee: Wuxi Huace Electronic System Co Ltd
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2040-07-20
Also published as: CN111740720B

Abstract

本发明公开了一种0～18GHz超宽带扫频源，涉及微波技术领域，包括基准源模块、第一滤波模块以及第二滤波模块，基准源模块运用高速DDS技术产生0～1.4GHz的任意点频或线性调频信号，运用集成VCO的超宽带低噪声PLL技术产生8.6～15GHz的低相噪、低杂散的超宽带跳频高本振信号，以及其它点频本振、激励信号，相较于直接合成技术可有效减小尺寸，通过对变频方案额精心设计以及两个滤波模块对宽带开关滤波技术的应用，该扫频源可以精简的结构实现超宽带，在满足性能指标的同时满足尺寸要求。

Description

一种0～18GHz超宽带扫频源

技术领域

本发明涉及微波技术领域，尤其是一种0～18GHz超宽带扫频源。

背景技术

频率源是雷达系统的信号产生源，为雷达提供本振信号和发射激励信号，被誉为雷达系统的“心脏”。经过多年的研究和发展，我国在频率合成技术上已有较大突破，随着PLL和DDS技术的升级，可实现的带宽越来越宽，产品尺寸越来越小。

扫频源的技术原理与频率源近似，都需要灵活运用频率合成技术，但也有显著的区别，根据现有技术，一个超宽带的PLL即可产生0～15GHz的任意点频信号，可称之为最简单的频率源。而扫频源必须由DDS产生扫频波形，并通过混频、开关滤波等多种组合方式拓宽频带。由于频率合成方案往往结构非常复杂同时又受限于产品的尺寸和成本，因此目前超宽带的扫频源并不常见，常见的0～18GHz扫频源往往需要分0～2GHz、2～6GHz、6～12GHz、12～18GHz多个模块分别进行处理，结构非常复杂，很难满足尺寸要求。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种0～18GHz超宽带扫频源，本发明的技术方案如下：

一种0～18GHz超宽带扫频源，包括基准源模块、第一滤波模块以及第二滤波模块；

在基准源模块中，晶体振荡器的输出端连接功分器的输入端，功分器的四个输出端分别连接四个内部集成有压控振荡器的锁相环的输入端，第一锁相环的输出端连接信号发生器的输入端并输出3.5GHZ激励信号，信号发生器输出0～1.4GHz范围内的任意扫频信号给第一开关，第一开关的第一输出端作为基准源模块的第一信号输出端并输出0～1.4GHz的第一扫频信号，第一开关的第二输出端连接第一混频器并输出0.7～1.1GHz的第二扫频信号；第二锁相环的输出端连接第一混频器并输出4.1/4.3GHz的点频信号作为第一本振信号，第一混频器对第二扫频信号和第一本振信号进行混频后进入3～3.6GHz滤波器，3～3.6GHz滤波器输出3.2±0.2GHz/3.4±0.2GHz的第三扫频信号给第二混频器；第三锁相环的输出端连接第二混频器并输出8.6～15GHz的具有预定跳频步进的点频信号作为第二本振信号，第二混频器的输出端作为基准源模块的第二信号输出端，第二混频器对第三扫频信号和第二本振信号混频后通过第二信号输出端输出7.6～18GHz的基准源输出信号；第四锁相环的输出端作为基准源模块的第三信号输出端并输出9/12GHz的点频信号作为第三本振信号；

第一滤波模块的信号输入端连接基准源模块的第二信号输出端，第一滤波模块通过内部的分段滤波电路对基准源输出信号进行滤波，滤除混频交调分量后通过信号输出端输出7.6～18GHz的滤波输出信号；

在第二滤波模块中，第二开关的输入端作为第二滤波模块的第一信号输入端并连接第一滤波模块的信号输出端并获取滤波输出信号，第二开关的第一输出端连接第三开关的第二输入端，第三开关的第一输入端作为第二滤波模块的第二信号输入端并连接基准源模块的第一信号输出端，第三开关的输出端连接第四开关的第一输入端；第二开关的第二输出端连接第三混频器，第二滤波模块的第三信号输入端连接第三混频器并用于连接基准源模块的第三信号输出端获取第三本振信号，第三混频器对滤波输出信号和第三本振信号混频后产生1～8GHz的信号经过分段滤波电路输入到第四开关的第二输入端，第四开关的输出端连接至0～18GHz超宽带扫频源的信号输出端实现0～18GHz的全频带信号。

其进一步的技术方案为，基准源模块的第一信号输出端输出0～1.4GHz范围内任意400MHz带宽的第一扫频信号，两个滤波模块中的分段滤波电路分别包括若干个滤波通道且各个滤波通道相邻的滤波频段均有400M的交叉重叠以实现全频带任意400M扫频覆盖，0～18GHz超宽带扫频源的信号输出端输出0～18GHz全频带范围内任意400MHz瞬时带宽的扫频信号。

其进一步的技术方案为，第四开关的输出端通过数控衰减器连接至0～18GHz超宽带扫频源的信号输出端进行信号输出，数控衰减器调节输出的信号的幅度和/或对单点信号的功率进行补偿。

其进一步的技术方案为，第一滤波模块中的分段滤波电路为五选一开关滤波器组，五选一开关滤波器组包括通过五选一选通开关连通的五路滤波通道，五路滤波通道的滤波频段分别为7.6～10GHz、9.6～12.2GHz、11.8～13.8GHz、13.4～16GHz、15.6～18GHz，第一滤波模块对7.6～18GHz的基准源输出信号的杂散抑制在55dBc以上。

其进一步的技术方案为，每路滤波通道中的滤波器为腔体滤波器，五选一选通开关包括1个PIN串联二极管与4个PIN并联二极管且达到80dBc以上的隔离度。

其进一步的技术方案为，每路滤波通道中的滤波器为MEMS滤波器，五选一选通开关为MMIC开关。

其进一步的技术方案为，第二滤波模块的分段滤波电路为四选一开关滤波器组，四选一开关滤波器组包括通过四选一选通开关连通的四路滤波通道，四路滤波通道的滤波频段分别为1～2.4GHz、2～3.4GHz、3～5.4GHz、5～8GHz，四选一开关滤波器组对1～8GHz的信号的杂散抑制在60dBc以上。

其进一步的技术方案为，各路滤波通道中的滤波器为腔体滤波器或LC滤波器，四选一选通开关包括1个PIN串联二极管与4个PIN并联二极管且达到90dBc以上的隔离度。

其进一步的技术方案为，各路滤波通道中的滤波器为MEMS滤波器或MMIC滤波器，四选一选通开关为MMIC开关。

其进一步的技术方案为，基准源模块、第一滤波模块以及第二滤波模块相互独立安装，0～18GHz超宽带扫频源的总尺寸不超过220mm×220mm×20mm。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种0～18GHz超宽带扫频源，该扫频源运用高速DDS技术产生0～1.4GHz的任意点频或线性调频信号，运用集成VCO的超宽带低噪声PLL技术产生8.6～15GHz的低相噪、低杂散的超宽带跳频高本振信号，以及其它点频本振、激励信号，相较于直接合成技术可有效减小尺寸，可通过精简的结构实现0～18GHz超宽带，在满足性能指标的同时满足尺寸要求。

该扫频源根据本发明的功能需要实际可保证输出任意400MHz带宽的扫频信号；对变频方案进行精心设计，采取合理高效的分段方法，运用宽带开关滤波技术将超宽带信号进行分段滤波处理，有效控制宽带杂散，同时可保证输出全工作带宽内任意400MHz扫频信号，同时进一步减少滤波器数量，达到减尺寸和降成本的目的。

该扫频源运用超宽带大动态数控衰减器，根据频率控制码控制输出信号不同频点的功率大小，实现了输出功率补偿和大范围可调的功能，优化了平坦度。

该扫频源采用模块化设计，三个模块可实现独立拆装，互换性好，便于返修，以及有利于将来进一步扩频和小型化升级；

该扫频源具备全时工作带宽和瞬时工作带宽大、功率平坦度优、相噪低、尺寸小、成本低以及组装灵活的特点，可用作雷达发射激励源、通讯干扰源、实验室信号源等多种用途。

附图说明

图1是本申请公开的0～18GHz超宽带扫频源的电路结构图。

图2是本申请中基准源模块的电路结构图。

图3是本申请中第一滤波模块的电路结构图。

图4是本申请中第二滤波模块的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种0～18GHz超宽带扫频源，请参考图1-4，包括基准源模块、第一滤波模块以及第二滤波模块。

在基准源模块中，100MHz的晶体振荡器的输出端连接功分器的输入端并提供100MHz正弦波信号，功分器的四个输出端分别连接四个内部集成有压控振荡器(VCO)的锁相环(PLL)的输入端，功分器对100MHz正弦波信号功分为四路后分别驱动四个PLL，分别为PLL1、PLL2、PLL3和PLL4。第一锁相环PLL1的输出端连接信号发生器DDS的输入端并输出3.5GHZ激励信号，信号发生器DDS输出0～1.4GHz范围内的任意扫频信号给第一开关K1。本申请通过第一开关K1选择输出两段信号，第一开关K1的第一输出端作为基准源模块的第一信号输出端Out11并输出0～1.4GHz范围内任意400MHz的第一扫频信号，第一开关K1的第二输出端连接第一混频器F1并输出0.7～1.1GHz的第二扫频信号。

第二锁相环PLL2的输出端连接第一混频器F1并输出4.1/4.3GHz的点频信号作为上变频的第一本振信号，其中4.1/4.3GHz表示4.1GHz和4.3GHz两个可选的点频信号。第一混频器F1对0.7～1.1GHz的第二扫频信号和4.1/4.3GHz的第一本振信号进行混频后进入3～3.6GHz滤波器，3～3.6GHz滤波器输出3.2±0.2GHz/3.4±0.2GHz的第三扫频信号给第二混频器F2，3.2±0.2GHz/3.4±0.2GHz表示3.2±0.2GHz(3～3.4GHz)以及3.4±0.2GHz(3.2～3.6GHz)两段可选的扫频信号。

第三锁相环PLL3的输出端连接第二混频器F2并输出8.6～15GHz的具有预定跳频步进的点频信号作为第二本振信号，第二混频器F2的输出端作为基准源模块的第二信号输出端Out12。第二混频器F2对3.2±0.2GHz/3.4±0.2GHz的第三扫频信号和8.6～15GHz的第二本振信号混频后通过第二信号输出端Out12输出7.6～18GHz的基准源输出信号。

第四锁相环PLL4的输出端作为基准源模块的第三信号输出端Out13并输出9/12GHz的点频信号作为第三本振信号，9/12GHz表示9GHz和12GHz两个可选的点频信号。

在本申请中，8.6～15GHz的第二本振信号的跳频步进设置为20MHz，实际均可以根据需要调节，同时DDS扫频带宽和具体的波形均可调。本申请中四个PLL的型号为LMX2594，DDS的型号为AD9914。

第一滤波模块的信号输入端In21连接基准源模块的第二信号输出端Out12并获取基准源模块输出的7.6～18GHz的基准源输出信号，该信号由混频产生，因此带有较多的混频交调分量，第一滤波模块对基准源输出信号进行滤波滤除混频交调分量后通过信号输出端输出7.6～18GHz的滤波输出信号。

在本申请中，第一滤波模块内部的分段滤波电路包括若干个滤波通道且各个滤波通道相邻的滤波频段均有400M的交叉重叠以实现全频带任意400M扫频覆盖。经过计算，本申请将7.6～18GHz的基准源输出信号分5段进行滤波，因此第一滤波模块中的分段滤波电路为五选一开关滤波器组，五选一开关滤波器组包括通过五选一选通开关连通的五路滤波通道，五路滤波通道的滤波频段分别为7.6～10GHz、9.6～12.2GHz、11.8～13.8GHz、13.4～16GHz、15.6～18GHz，频率分段方案具体分配如下：

通过以上分段滤波设计，保证3阶以内的交调分量均不在带内(3倍IF除外)，可以被滤波器有效滤除。有少部分2LO-2IF和3IF落在滤波器带内，可通过调整混频器端口功率(通常是降低IF端功率)，该第一滤波模块对7.6～18GHz的基准源输出信号的杂散抑制在55dBc以上。

在本申请中，每路滤波通道中的滤波器为腔体滤波器，五选一选通开关包括1个PIN串联二极管与4个PIN并联二极管，技术成熟度高，结构设计方便，可达到80dBc以上的隔离度，有效防止杂散信号的泄露。进一步的，还可以替换为使用每路滤波通道中的滤波器为MEMS滤波器，五选一选通开关为MMIC开关，从而有利于进一步减小尺寸、满足进一步的小型化需要。

在第二滤波模块中，第二开关K2的输入端作为第二滤波模块的第一信号输入端In31并连接第一滤波模块的信号输出端Out21并获取7.6～18GHz的滤波输出信号，第二开关K2的第一输出端连接第三开关K3的第二输入端。第三开关K3的第一输入端作为第二滤波模块的第二信号输入端In32并连接基准源模块的第一信号输出端Out11获取0～1.4GHz范围内任意400MHz的第一扫频信号。第三开关K3的输出端连接第四开关K4的第一输入端。第二开关K2的第二输出端连接第三混频器F3，第二滤波模块的第三信号输入端In33连接第三混频器F3并用于连接基准源模块的第三信号输出端Out13获取9/12GHz的第三本振信号。第三混频器F3对7.6～18GHz的滤波输出信号和9/12GHz的第三本振信号混频后产生1～8GHz的信号经过分段滤波电路输入到第四开关K4的第二输入端。第二滤波模块中中的分段滤波电路为四选一开关滤波器组，四选一开关滤波器组包括通过四选一选通开关连通的四路滤波通道，四路滤波通道的滤波频段分别为1～2.4GHz、2～3.4GHz、3～5.4GHz、5～8GHz，频率分段方案具体分配如下：

序号	射频频率	本振频率(第三本振信号)	中频输出频率
				1	13～14.4GHz	12GHz	1～2.4GHz
2	14～15.4GHz	12GHz	2～3.4GHz
				3	15～17.4GHz	12GHz	3～5.4GHz
4	14～17GHz	9GHz	5～8GHz

通过以上分段设计，可保证4阶交调分量均不在带内(谐波2RF-2LO除外)，该四选一开关滤波器组对1～8GHz的信号的杂散抑制在60dBc以上。

该第二滤波模块中的各路滤波通道中的滤波器为腔体滤波器或LC滤波器，四选一选通开关包括1个PIN串联二极管与4个PIN并联二极管。技术成熟度高、结构设计方便，可以达到90dBc以上的隔离度，有效防止杂散信号的泄露。进一步的，各路滤波通道中的滤波器为MEMS滤波器或MMIC滤波器，四选一选通开关为MMIC开关，从而有利于进一步减小尺寸、满足进一步的小型化需要。

第四开关K4的输出端连接至0～18GHz超宽带扫频源的信号输出端实现0～18GHz的全频带信号且可以输出0～18GHz全频带范围内任意400MHz瞬时带宽的扫频信号，具有全时工作带宽和瞬时工作带宽大的优点。在本申请中，第四开关K4的输出端通过数控衰减器连接至0～18GHz超宽带扫频源的信号输出端进行信号输出，数控衰减器调节输出的信号的幅度和/或对单点信号的功率进行补偿，以优化大带宽的输出功率平坦度。

本申请中实际还包括FPGA，FPGA通常设置在基准源模块内，其连接并控制PLL、DDS、各路开关以及数控衰减器。FPGA获取输入的串口信息包括频率控制码、波形控制码和幅度控制码，并转换为模块内部PLL、DDS、各路开关以及数控衰减器所需的控制器，可完成频率、波形和幅度的控制功能。

在实际装配应用时，基准源模块、第一滤波模块以及第二滤波模块相互独立安装，通常是将基准源模块底板向外延伸，将两个滤波模块并行装在底板上，模块之间再通过线缆互连，该0～18GHz超宽带扫频源的总尺寸不超过220mm×220mm×20mm，各部分技术指标请见下表：

以上的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，包括基准源模块、第一滤波模块以及第二滤波模块；

在所述基准源模块中，晶体振荡器的输出端连接功分器的输入端，所述功分器的四个输出端分别连接四个内部集成有压控振荡器的锁相环的输入端，第一锁相环的输出端连接信号发生器的输入端并输出3.5GHZ激励信号，所述信号发生器输出0～1.4GHz范围内的任意扫频信号给第一开关，所述第一开关的第一输出端作为所述基准源模块的第一信号输出端并输出0～1.4GHz的第一扫频信号，所述第一开关的第二输出端连接第一混频器并输出0.7～1.1GHz的第二扫频信号；第二锁相环的输出端连接所述第一混频器并输出4.1/4.3GHz的点频信号作为第一本振信号，所述第一混频器对所述第二扫频信号和所述第一本振信号进行混频后进入3～3.6GHz滤波器，所述3～3.6GHz滤波器输出3.2±0.2GHz/3.4±0.2GHz的第三扫频信号给第二混频器；第三锁相环的输出端连接所述第二混频器并输出8.6～15GHz的具有预定跳频步进的点频信号作为第二本振信号，所述第二混频器的输出端作为所述基准源模块的第二信号输出端，所述第二混频器对所述第三扫频信号和所述第二本振信号混频后通过所述第二信号输出端输出7.6～18GHz的基准源输出信号；第四锁相环的输出端作为所述基准源模块的第三信号输出端并输出9/12GHz的点频信号作为第三本振信号；

所述第一滤波模块的信号输入端连接所述基准源模块的第二信号输出端，所述第一滤波模块通过内部的分段滤波电路对所述基准源输出信号进行滤波，滤除混频交调分量后通过信号输出端输出7.6～18GHz的滤波输出信号；

在所述第二滤波模块中，第二开关的输入端作为所述第二滤波模块的第一信号输入端并连接所述第一滤波模块的信号输出端并获取所述滤波输出信号，所述第二开关的第一输出端连接第三开关的第二输入端，所述第三开关的第一输入端作为所述第二滤波模块的第二信号输入端并连接所述基准源模块的第一信号输出端，所述第三开关的输出端连接第四开关的第一输入端；所述第二开关的第二输出端连接第三混频器，所述第二滤波模块的第三信号输入端连接所述第三混频器并用于连接所述基准源模块的第三信号输出端获取所述第三本振信号，所述第三混频器对所述滤波输出信号和所述第三本振信号混频后产生1～8GHz的信号经过分段滤波电路输入到所述第四开关的第二输入端，所述第四开关的输出端连接至0～18GHz超宽带扫频源的信号输出端实现0～18GHz的全频带信号。

2.根据权利要求1所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，所述基准源模块的第一信号输出端输出0～1.4GHz范围内任意400MHz带宽的所述第一扫频信号，两个滤波模块中的分段滤波电路分别包括若干个滤波通道且各个滤波通道相邻的滤波频段均有400M的交叉重叠以实现全频带任意400M扫频覆盖，所述0～18GHz超宽带扫频源的信号输出端输出0～18GHz全频带范围内任意400MHz瞬时带宽的扫频信号。

3.根据权利要求1所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，所述第四开关的输出端通过数控衰减器连接至0～18GHz超宽带扫频源的信号输出端进行信号输出，所述数控衰减器调节输出的信号的幅度和/或对单点信号的功率进行补偿。

4.根据权利要求1-3任一所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，所述第一滤波模块中的分段滤波电路为五选一开关滤波器组，所述五选一开关滤波器组包括通过五选一选通开关连通的五路滤波通道，五路滤波通道的滤波频段分别为7.6～10GHz、9.6～12.2GHz、11.8～13.8GHz、13.4～16GHz、15.6～18GHz，所述第一滤波模块对7.6～18GHz的所述基准源输出信号的杂散抑制在55dBc以上。

5.根据权利要求4所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，每路滤波通道中的滤波器为腔体滤波器，所述五选一选通开关包括1个PIN串联二极管与4个PIN并联二极管且达到80dBc以上的隔离度。

6.根据权利要求4所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，每路滤波通道中的滤波器为MEMS滤波器，所述五选一选通开关为MMIC开关。

7.根据权利要求1-3任一所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，

所述第二滤波模块中的分段滤波电路为四选一开关滤波器组，所述四选一开关滤波器组包括通过四选一选通开关连通的四路滤波通道，四路滤波通道的滤波频段分别为1～2.4GHz、2～3.4GHz、3～5.4GHz、5～8GHz，所述四选一开关滤波器组对1～8GHz的信号的杂散抑制在60dBc以上。

8.根据权利要求7所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，各路滤波通道中的滤波器为腔体滤波器或LC滤波器，所述四选一选通开关包括1个PIN串联二极管与4个PIN并联二极管且达到90dBc以上的隔离度。

9.根据权利要求7所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，各路滤波通道中的滤波器为MEMS滤波器或MMIC滤波器，所述四选一选通开关为MMIC开关。

10.根据权利要求1所述的0～18GHz超宽带扫频源，其特征在于，所述基准源模块、第一滤波模块以及第二滤波模块相互独立安装，所述0～18GHz超宽带扫频源的总尺寸不超过220mm×220mm×20mm。