CN112671399B

CN112671399B - 一种超宽带低相噪的频率综合器

Info

Publication number: CN112671399B
Application number: CN202011499725.1A
Authority: CN
Inventors: 杨航; 穆晓华; 沈文渊; 董浩
Original assignee: CETC 26 Research Institute
Current assignee: CETC 26 Research Institute
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2023-03-17
Anticipated expiration: 2040-12-17
Also published as: CN112671399A

Abstract

本发明属于无线通信系统中的频率合成技术，特别涉及一种超宽带低相噪的频率综合器，该器件包括：有源锁相环电路和倍频放大滤波电路；所述有源锁相环电路与所述倍频放大滤波电路设置在同一个电路板上，采用微带线将有源锁相环电路与倍频放大滤波电路导通，形成超宽带低相噪的频率综合器；本发明设计的有源锁相环电路和倍频放大滤波电路不仅使产生的信号既有高频率、宽频带的优点，而且具有体积小、成本低的优点，在频率综合器领域可以得到了广泛的应用。

Description

一种超宽带低相噪的频率综合器

技术领域

本发明属于无线通信系统中的频率合成技术，特别涉及一种超宽带低相噪的频率综合器。

背景技术

频率综合器是现代电子系统的核心组成部分，其技术指标直接决定了雷达、电子对抗、通信、仪器仪表等电子系统的整机性能指标。随着超宽带雷达与电子对抗技术的快速发展，超宽带低相噪频率综合器已经成为频率合成技术发展的重要领域和方向之一,并且随着电子系统小型化及更高性能的需求,对频率综合器的宽频带、低杂散、低相噪设计也提出了更高的要求。

目前常用的频率合成技术主要有直接频率合成技术和间接频率合成技术(PLL)，直接频率合成技术通过倍频、混频、滤波等频率变换方式得到所需要的频率，具有低相噪、低杂散、输出频率高的特点，但是具有成本高、体积大的缺点；间接频率合成技术(PLL)通过锁相环技术得到所需的频率，受制于VCO输出频率，不能输出宽频带、高频率信号。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种超宽带低相噪的频率综合器，该器件包括有源锁相环电路和倍频放大滤波电路；所述有源锁相环电路与所述倍频放大滤波电路设置在同一个电路板上，采用微带线将有源锁相环电路与倍频放大滤波电路导通，形成超宽带低相噪的频率综合器。

优选的，有源锁相环电路包括：晶振、第一电阻衰减器、鉴相器、有源环路、宽带压控振荡器VCO、宽带功分器、第三电阻衰减器、第一宽带放大器、4分频器、第一低通滤波器以及第四电阻衰减器；所述晶振用于产生参考信号，晶振产生的参考信号经过第一电阻衰减器接到鉴相器的参考输入端，鉴相器VT管脚接至有源环路的输入端，有源环路的输出端输出锁相电压用于控制VCO输出对应的频点，VCO输出的宽带信号经过宽带功分器后功分为两路，一路接倍频放大滤波电路的第二电阻衰减器衰减器，另一路接第三电阻衰减器，第三电阻衰减器的另一端接第一宽带放大器的输入端，第一带宽放大器的输出端接4分频器的输入端，经过低通滤波器后接第四电阻衰减器的输入端，第四电阻衰减器的另一端接鉴相器的反馈输入端，整个电路构成有源锁相环电路。

进一步的，有源锁相环电路的工作频率为10.0GHz～20.0GHz。

进一步的，宽带压控振荡器VCO和宽带功分器的处理信号的频率为10.0GHz～20.0GHz。

优选的，倍频放大滤波电路包括第二电阻衰减器、第二宽带放大器、倍频器、第一四选一开关、第二四选一开关、4个带通滤波器、第五电阻衰减器；其中有源锁相环电路产生的信号依次经过第二电阻衰减器、第二宽带放大器，经过倍频器倍频后得到高频、超宽带信号，宽带信号经过第一四选一开关后分别由4个带通滤波器分别进行滤波处理，第二四选一开关最后将相应频段的信号送入第五电阻衰减器并最终输出。

进一步的，4个带通滤波器的滤波频率分别为：第一带通滤波器的滤波频率为20.0GHz～24.0GHz，第二带通滤波器的滤波频率为24.0GHz～28.5GHz，第三带通滤波器的滤波频率为28.5GHz～34.0GHz，第四带通滤波器的滤波频率为34.0GHz～40.0GHz。

进一步的，第一四选一开关根据倍频器输出的信号频率选取一个带通滤波器对信号进行滤波处理。

本发明的20.0GHz～40.0GHz超宽带低相噪频率综合器，只需要外部提供锁相环跳频所需的时钟、数据、使能信号，即可在20.0GHz～40.0GHz频带内按照间隔100MHz实现任意频率切换，杂散抑制大于60dBc，相位噪声≤-77dBc/Hz@1kHz≤-77dBc/Hz@10kHz，整个频率综合器结构简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明的整体原理框图；

图2为本发明的10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路的结构示意图；

图3为本发明的倍频放大滤波电路的结构示意图。

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。

一种超宽带低相噪的频率综合器，包括10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路，所述10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路经过倍频放大滤波电路，产生10.0GHz～20.0GHz宽带信号作为倍频放大滤波电路的输入信号，经过倍频放大滤波电路倍频和分段滤波后输出20.0GHz～40.0GHz超宽带信号。

一种20.0GHz～40.0GHz超宽带低相噪频率综合器，如图1所示，该器件包括10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路和倍频放大滤波电路；图中晶振，用于给锁相环电路中的鉴相器提供参考输入信号；10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路，包括鉴相器、有源环路、宽带压控振荡器VCO、宽带放大器、4分频器，用于产生10.0GHz～20.0GHz宽带信号；倍频放大滤波电路，用于对10.0GHz～20.0GHz宽带信号进行倍频和分段滤波。

所述4分频器由电容器和电感线圈构成的LC滤波网络，高音通道为高通滤波器，该滤波器只让高频信号通过而阻止低频信号；低音通道与高音通道相反，它只让低频信号通过而阻止高频信号；中音通道则为一个带通滤波器，除了一低一高两个分频点之间的频率可以通过，高频成份和低频成份都将被阻止。在实际的分频器中，有时为了平衡高、低音单元之间的灵敏度差异，还要加入衰减电阻；另外，有些分频器中还加入了由电阻、电容构成的阻抗补偿网络，其目的是使音箱的阻抗曲线平坦一些，以便于功放驱动。

作为一种可选实施方式，如图2，10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路包括100MHz晶振、第一电阻衰减器、鉴相器、有源环路、10.0GHz～20.0GHz宽带VCO、10.0GHz～20.0GHz宽带功分器、第三电阻衰减器、第一宽带放大器、4分频器、低通滤波器、第四电阻衰减器，其中100MHz晶振产生参考信号，该参考信号作为鉴相器、有源环路、10.0GHz～20.0GHz宽带VCO、10.0GHz～20.0GHz宽带功分器、第三电阻衰减器、第一宽带放大器、4分频器、低通滤波器、第四电阻衰减器构成的锁相环电路的输入信号。

优选的，一种10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路中各个器件的连接关系包括：晶振与第一电阻衰减器连接；鉴相器的参考输入端与第一电阻衰减器连接，输出端与所述有源环路的输入端连接；有源环路的输出端与10.0GHz～20.0GHz宽带压控振荡器VCO连接；宽带功分器的输入端与10.0GHz～20.0GHz宽带压控振荡器VCO连接，10.0GHz～20.0GHz宽带功分器的输出端分别与第三电阻衰减器和倍频放大滤波电路的第二电阻衰减器连接；第三电阻衰减器与第一宽带放大器连接；第一宽带放大器与4分频器连接；4分频器与第一低通滤波器连接；第一低通滤波器与第四电阻衰减器连接；第四电阻衰减器的输出端连接鉴相器的输入端，构成有源锁相环电路。本发明的有源锁相环电路采用该结构，使得整个电路中产生10.0GHz～20.0GHz宽带低相噪信号。

优选的，选取100MHz低相噪晶振产生参考信号，使得参考信号的相噪噪声良好；选用低噪底鉴相器作为10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路的关键器件，使得参考信号经过锁相环倍频后输出信号具有较好相位噪声，选用能输出10.0GHz～20.0GHz宽带频率的VCO，使得锁相环电路能满足10.0GHz～20.0GHz频带要求。

作为一种可选的实施方式，如图3，本实施例倍频放大滤波电路包括第二电阻衰减器、第二宽带放大器、倍频器、第一四选一开关、20.0GHz～24.0GHz带通滤波器、4个带通滤波器、第二四选一开关以及第五电阻衰减器；其中有源锁相环电路产生的信号依次经过第二电阻衰减器、第二宽带放大器，经过倍频器倍频后得到高频、超宽带信号，宽带信号经过第一四选一开关后分别由4个带通滤波器分别进行滤波处理，第二四选一开关最后将相应频段的信号送入第五电阻衰减器并最终输出；采用上述倍频放大滤波电路，实现了分段滤波，有效的防止超宽带信号因谐波而导致信号出现杂散的现象。与采用不分段滤波的设计方案相比，本方案的指标优40dBc以上。

优选的，4个带通滤波器的滤波频率分别为：第一带通滤波器的滤波频率为20.0GHz～24.0GHz，第二带通滤波器的滤波频率为24.0GHz～28.5GHz，第三带通滤波器的滤波频率为28.5GHz～34.0GHz，第四带通滤波器的滤波频率为34.0GHz～40.0GHz。

优选的，倍频放大滤波电路选用可实现10.0GHz～20.0GHz倍频的宽带倍频器作为关键器件，倍频后的输出频率达20.0GHz～40.0GHz。

优选的，倍频放大滤波电路选用20.0GHz～24.0GHz带通滤波器、24.0GHz～28.5GHz带通滤波器、28.5GHz～34.0GHz带通滤波器、34.0GHz～40.0GHz带通滤波器对倍频后20.0GHz～40.0GHz宽带信号进行分段滤波，其输出的20.0GHz～40.0GHz宽带信号杂散抑制优于60dBc。

本实施例中，通过各级电路对晶振参考信号保持低相位噪声恶化的频率变换，最终输出信号在20.0GHz～40.0GHz频带内按照间隔100MHz实现任意频率切换，杂散抑制大于60dBc，相位噪声≤-77dBc/Hz@1kHz、≤-77dBc/Hz@10kHz。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种超宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，包括有源锁相环电路和倍频放大滤波电路；所述有源锁相环电路与所述倍频放大滤波电路设置在同一个电路板上，采用微带线将有源锁相环电路与倍频放大滤波电路导通，形成超宽带低相噪的频率综合器；

所述倍频放大滤波电路包括第二电阻衰减器、第二宽带放大器、倍频器、第一四选一开关、第二四选一开关、4个带通滤波器、第五电阻衰减器；其中有源锁相环电路产生的信号依次经过第二电阻衰减器、第二宽带放大器，经过倍频器倍频后得到高频、超宽带信号，宽带信号经过第一四选一开关后分别由4个带通滤波器分别进行滤波处理，第二四选一开关最后将相应频段的信号送入第五电阻衰减器并最终输出。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，所述有源锁相环电路包括：晶振、第一电阻衰减器、鉴相器、有源环路、宽带压控振荡器VCO、宽带功分器、第三电阻衰减器、第一宽带放大器、4分频器、第一低通滤波器以及第四电阻衰减器；所述晶振与所述第一电阻衰减器连接；所述鉴相器的参考输入端与所述第一电阻衰减器连接，输出端与所述有源环路的输入端连接；所述有源环路的输出端与所述宽带压控振荡器VCO连接；所述宽带功分器的输入端与所述宽带压控振荡器VCO连接，宽带功分器的输出端分别与第三电阻衰减器和倍频放大滤波电路的第二电阻衰减器连接；所述第三电阻衰减器与所述第一宽带放大器连接；所述第一宽带放大器与4分频器连接；所述4分频器与所述第一低通滤波器连接；所述第一低通滤波器与所述第四电阻衰减器连接；第四电阻衰减器的输出端连接鉴相器的输入端，构成有源锁相环电路。

3.根据权利要求2所述的一种超宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，所述有源锁相环电路的工作频率为10.0GHz～20.0GHz。

4.根据权利要求2所述的一种超宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，所述宽带压控振荡器VCO和宽带功分器的处理信号的频率为10.0GHz～20.0GHz。

5.根据权利要求1所述的一种超宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，所述4个带通滤波器的滤波频率分别为：第一带通滤波器的滤波频率为20.0GHz～24.0GHz，第二带通滤波器的滤波频率为24.0GHz～28.5GHz，第三带通滤波器的滤波频率为28.5GHz～34.0GHz，第四带通滤波器的滤波频率为34.0GHz～40.0GHz。

6.根据权利要求1所述的一种超宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，第一四选一开关根据倍频器输出的信号频率选取一个带通滤波器对信号进行滤波处理。