CN112886960B - 一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环，包括光电振荡器，分频器，鉴相器，环路滤波器，VCO，定向耦合器，混频器，低通滤波器和两个放大器；光电振荡器输出信号分为两路：一路输入混频器作为本振信号；另一路经过分频器后作为鉴相器的参考信号，鉴相器输出的误差信号通过环路滤波器控制调节VCO输出超低相位噪声信号；VCO输出信号通过定向耦合器获得反馈信号放大后作为混频器的射频信号；混频器输出的中频信号经过低通滤波器和放大后作为鉴相器的反馈信号；通过调节鉴相器参考信号分频比和反馈信号分频比，便可实现锁相环输出信号的相位噪声与频率的精确可调，为相位噪声校准装置设计提供了一种准确有效的方法。

Description

一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环
技术领域
本发明属于一种微波频率综合技术领域，尤其涉及一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环设计。
背景技术
现今随着频率合成技术的不断发展，信号源输出信号具有极低的相位噪声，为了实现对信号相位噪声的准确测试，需对相位噪声测试装置进行准确校准。这便要求校准信号具有频率范围宽、相位噪声低、相位噪声准确可调的特点，特别在输出信号相位噪声极低的情况下，电路引入的噪声极易恶化输出信号相位噪声，要实现精确可调便十分的困难。目前国内尚无频率范围宽的超低相位噪声校准信号源，处于待开发状态。
发明内容
众所周知，光电振荡器基于光电融合技术，其输出信号具有极低的相位噪声。本发明提出一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环，通过采用光电振荡器输出信号为激励源，与锁相环相结合实现一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环设计，实现输出信号的相位噪声精确可调。本发明中，光电振荡器的输出信号作为内插混频锁相环的本振信号，可实现锁相环的超低相位噪声输出；降低锁相环的鉴相频率，降低参考信号、鉴相器底噪对输出信号相位噪声的噪声贡献；利用可变的锁相环倍频次数，实现输出信号的相位噪声与频率的精确可调。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环，包括光电振荡器，分频器，鉴相器，环路滤波器，压控振荡器(VCO)，定向耦合器，第一放大器，混频器，低通滤波器和第二放大器；所述光电振荡器输出信号分为两路：一路输入所述混频器作为本振信号；另一路经过所述分频器后作为鉴相器的参考信号，所述鉴相器输出的误差信号通过所述环路滤波器控制调节所述VCO输出超低相位噪声信号；所述VCO输出信号通过所述定向耦合器获得反馈信号，该反馈信号通过第一放大器后作为混频器的射频信号；所述混频器输出的中频信号依次经过所述低通滤波器与第二放大器后作为鉴相器的反馈信号；所述定向耦合器输出信号即为锁相环的输出信号，该输出信号频率是f0，相位噪声是ζ(f0)；
Figure BDA0002894812760000011
Figure BDA0002894812760000021
式(1)和式(2)中，flo是所述光电振荡器输出信号频率，ζ(flo)是所述光电振荡器输出信号噪声；ζ(fpd)是所述鉴相器底噪，N0是所述分频器的分频比，R是所述鉴相器的参考信号分频比，N是所述鉴相器的反馈信号分频比。
进一步讲，本发明所述的具有超低相位噪声可调能力的锁相环，其中，所述分频器分频比N0用于降低输入所述鉴相器的参考信号频率，以满足所述鉴相器的参考信号输入频率范围；所述鉴相器参考信号分频比R用于参与调节锁相环倍频次数；所述鉴相器反馈信号分频比N用于参与调节锁相环倍频次数。
利用式(1)和式(2)通过调节所述鉴相器参考信号分频比R和反馈信号分频比N，从而实现锁相环输出信号的相位噪声可调。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明基于光电融合振荡器的超低相位噪声输出信号作为内插混频锁相环的本振信号，降低锁相环的鉴相频率，降低参考信号、鉴相器底噪对输出信号相位噪声的噪声贡献，利用可变的锁相环倍频次数，实现输出信号的相位噪声与频率的精确可调。
附图说明
图1是本发明锁相环的电路原理框图。
具体实施方式
本发明的设计思路是，锁相环电路主要由光电振荡器与内插混频锁相环组成。通过采用光电振荡器输出信号为激励源与锁相环相结合，降低锁相环的鉴相频率，降低参考信号、鉴相器底噪对输出信号相位噪声的噪声贡献，利用可变的锁相环倍频次数，实现输出信号的相位噪声与频率的精确可调，为相位噪声校准装置设计提供了一种准确有效的方法。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环，包括光电振荡器1，分频器2，鉴相器3，环路滤波器4，压控振荡器5，定向耦合器6，第一放大器7，混频器8，低通滤波器9和第二放大器10。
所述光电振荡器1输出信号分为两路：
一路输入所述混频器8作为本振信号；另一路经过所述分频器2后作为鉴相器3的参考信号，所述鉴相器3输出的误差信号通过所述环路滤波器4控制调节所述压控振荡器5输出超低相位噪声信号；所述压控振荡器5输出信号通过所述定向耦合器6获得反馈信号，该反馈信号通过第一放大器7后作为混频器8的射频信号；所述混频器8输出的中频信号依次经过所述低通滤波器9与第二放大器10后作为鉴相器3的反馈信号；
所述定向耦合器6输出信号即为锁相环的输出信号，该输出信号频率是f0，相位噪声是ζ(f0)；
Figure BDA0002894812760000031
Figure BDA0002894812760000032
式(1)和式(2)中，flo是所述光电振荡器1输出信号频率，ζflo是所述光电振荡器1输出信号噪声；ζfpd是所述鉴相器3底噪，N0是所述分频器2的分频比，用于降低输入所述鉴相器3的参考信号频率，以满足所述鉴相器3的参考信号输入频率范围；R是所述鉴相器3的参考信号分频比，用于参与调节锁相环倍频次数；N是所述鉴相器3的反馈信号分频比，用于参与调节锁相环倍频次数。
锁相环输出信号相位噪声ζ(f0)主要由鉴相器底噪ζ(fpd)与光电振荡器的输出信号噪声ζ(flo)所决定，锁相环输出信号频率f0由光电振荡器的输出信号频率flo、分频器的分频比N0与所述鉴相器3的参考信号分频比R与所述鉴相器3的反馈信号分频比N所决定，因此，根据式(1)和式(2)，通过调节所述鉴相器3参考信号分频比R和反馈信号分频比N，便可实现锁相环输出信号的相位噪声可调。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种具有超低相位噪声可调能力的锁相环，包括光电振荡器(1)，分频器(2)，鉴相器(3)，环路滤波器(4)，压控振荡器(5)，定向耦合器(6)，第一放大器(7)，混频器(8)，低通滤波器(9)和第二放大器(10)；其特征在于，
所述光电振荡器(1)输出信号分为两路：
一路输入所述混频器(8)作为本振信号；另一路经过所述分频器(2)后作为鉴相器(3)的参考信号，所述鉴相器(3)输出的误差信号通过所述环路滤波器(4)控制调节所述压控振荡器(5)输出超低相位噪声信号；所述压控振荡器(5)输出信号通过所述定向耦合器(6)获得反馈信号，该反馈信号通过第一放大器(7)后作为混频器(8)的射频信号；所述混频器(8)输出的中频信号依次经过所述低通滤波器(9)与第二放大器(10)后作为鉴相器(3)的反馈信号；
所述定向耦合器(6)输出信号即为锁相环的输出信号，该输出信号频率是f0，相位噪声是ζ(f0)；
Figure FDA0003705068950000011
Figure FDA0003705068950000012
式(1)和式(2)中，flo是所述光电振荡器(1)输出信号频率，ζ(flo)是所述光电振荡器(1)输出信号噪声；ζ(fpd)是所述鉴相器(3)底噪，N0是所述分频器(2)的分频比，R是所述鉴相器(3)的参考信号分频比，N是所述鉴相器(3)的反馈信号分频比；
所述分频器(2)分频比N0用于降低输入所述鉴相器(3)的参考信号频率，以满足所述鉴相器(3)的参考信号输入频率范围；所述鉴相器(3)参考信号分频比R用于参与调节锁相环倍频次数；所述鉴相器(3)反馈信号分频比N用于参与调节锁相环倍频次数；
利用式(1)和式(2)通过调节所述鉴相器(3)参考信号分频比R和反馈信号分频比N，从而实现锁相环输出信号的相位噪声可调。
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