CN113162617B - 一种低相噪x波段频率源及其调制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于微波合成技术领域，提供了一种低相噪X波段频率源及其调制方法，采用梳状谱发生器基于所述参考频率信号生成多个谐波信号，通过声表滤波器从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号，采用倍频器对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号，通过对所述X波段频率信号和所述第二频率信号进行混频处理，以生成所述频率反馈信号，然后通过分频器基于频率反馈信号生成锁屏信号，从而对X波段频率信号的频率进行锁定，降低了X波段频率信号的相位噪声，解决了传统的锁相环频率合成器存在的输出频率越高，相位噪声越高的问题。
Description
技术领域
本申请属于微波合成技术领域，尤其涉及一种低相噪X波段频率源及其调制方法。
背景技术
频率合成是将一个高稳定度和高精度的标准频率经过加、减、乘、除四则运算产生一系列高质量频率的技术，根据这一原理构成的频率发生装置称为频率合成器或频率综合器。频率合成器在无线电的各个领域如现代通信、雷达、电视、遥控遥测、电子对抗及现代化仪器仪表等方面得到了日益广泛的应用，被喻为现代电子系统的“心脏”。锁相环频率合成从工作原理上来说，是一个反复反馈循环的过程，能够直接锁定最终需要的频率。
然而，传统的锁相环频率合成器存在输出频率越高，相位噪声越高的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种低相噪X波段频率源及其调制方法，旨在解决传统的锁相环频率合成器存在的输出频率越高，相位噪声越高的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种低相噪X波段频率源，与参考频率信号源连接，所述低相噪X波段频率源包括：
功分器，与所述参考频率信号源连接，用于将所述参考频率信号源提供的参考频率信号分为两路输出；
梳状谱发生器，与所述功分器连接，用于接收参考频率信号，并基于所述参考频率信号生成多个谐波信号；
声表滤波器，与所述梳状谱发生器连接，用于从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；
倍频器，与所述声表滤波器连接，用于接收所述第一频率信号，并对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；
鉴相器，与所述功分器连接，用于接收频率反馈信号和所述参考频率信号，并基于所述参考频率信号和所述频率反馈信号生成相位检测信号；
环路滤波器，与所述鉴相器连接，用于对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；
压控振荡器，与所述环路滤波器连接，用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号生成X波段频率信号；
耦合器，与所述压控振荡器连接，用于对所述X波段频率信号进行耦合处理生成两路所述X波段频率信号；
混频器，与所述耦合器和所述倍频器连接，用于接收所述第二频率信号和所述X波段频率信号，对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号；以及
分频器，设于所述混频器与所述鉴相器之间，用于对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同。
可选的，所述低相噪X波段频率源还包括：
滤波器，设于所述倍频器与所述混频器之间，用于对所述第二频率信号进行滤波处理。
可选的，所述参考频率信号的频率为100MHz。
可选的，所述倍频器为四倍频器。
可选的，所述声表滤波器用于从多个谐波信号中筛选出频率为2.6GHz的第一频率信号；
所述倍频器用于将所述第一频率信号进行频率倍增处理，以输出频率为10.4GHz的第二频率信号。
可选的，所述X波段频率信号的频率为所述第二频率信号与所述频率反馈信号的频率之和。
可选的，所述X波段频率信号的频率为11860±200MHz，所述频率反馈信号的频率为1460±200MHz。
本申请实施例还提供了一种低相噪X波段频率源的调制方法，包括：
基于参考频率信号生成多个谐波信号；
从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；
对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；
基于所述参考频率信号和所述参考频率信号生成相位检测信号；
对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；
基于所述控制信号生成X波段频率信号；
对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号；
对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同，以对所述X波段频率信号的频率进行锁定。
可选的，所述调制方法包括：
采用梳状谱发生器基于所述参考频率信号生成多个谐波信号；
通过声表滤波器从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；
采用倍频器对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；
采用鉴相器基于所述参考频率信号和所述参考频率信号生成相位检测信号；
采用环路滤波器对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；
采用压控振荡器基于所述控制信号生成X波段频率信号；
通过耦合器对所述X波段频率信号和所述第二频率信号进行耦合处理，以生成两路所述X波段频率信号；
采用混频器对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号，
采用分频器对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同。
本申请实施例提供了一种低相噪X波段频率源及其调制方法，采用梳状谱发生器基于所述参考频率信号生成多个谐波信号，通过声表滤波器从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号，采用倍频器对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号，通过对所述X波段频率信号和所述第二频率信号进行混频处理，以生成所述频率反馈信号，然后通过分频器基于频率反馈信号生成锁屏信号，从而对X波段频率信号的频率进行锁定，降低了X波段频率信号的相位噪声，解决了传统的锁相环频率合成器存在的输出频率越高，相位噪声越高的问题。
附图说明
图1为本申请的一个实施例提供的低相噪X波段频率源的结构示意图；
图2为本申请的另一个实施例提供的低相噪X波段频率源的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
图1为本申请实施例提供的一种低相噪X波段频率源的结构示意图，参见图1所示，本实施例中的低相噪X波段频率源与参考频率信号源10连接，所述低相噪X波段频率源包括功分器21、梳状谱发生器22、声表滤波器23、倍频器24、鉴相器25、环路滤波器26、压控振荡器27、耦合器28、混频器29、分频器210；其中，功分器21与所述参考频率信号源10连接，用于将所述参考频率信号源提供的参考频率信号分为两路输出；梳状谱发生器22与所述功分器21连接，用于接收参考频率信号，并基于所述参考频率信号生成多个谐波信号；声表滤波器23与所述梳状谱发生器22连接，用于从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；倍频器24与所述声表滤波器23连接，用于接收所述第一频率信号，并对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；鉴相器25与所述功分器21连接，用于接收频率反馈信号和所述参考频率信号，并基于所述参考频率信号和所述频率反馈信号生成相位检测信号；环路滤波器26与所述鉴相器25连接，用于对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；压控振荡器27与所述环路滤波器26连接，用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号生成X波段频率信号；耦合器28与所述压控振荡器27连接，用于对所述X波段频率信号进行耦合处理生成两路所述X波段频率信号；混频器29与所述耦合器28和所述倍频器24连接，用于接收所述第二频率信号和所述X波段频率信号，对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号；分频器210设于所述混频器29与所述鉴相器25之间，用于对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同。
在本实施例中，通过功分器21将参考频率信号源10提供的参考频率信号分成两路输出，从而在其中一路输出增加梳状谱发生器22以生成多个谐波信号，然后通过声表滤波器23筛选出第一频率信号，并通过倍频器24对第一频率信号进行倍增处理得到第二频率信号，第二频率信号的频率与X波段频率信号的频率相近，混频器29对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号，分频器210根据该频率反馈信号生成与参考频率信号的频率相同的锁频信号，从而使得鉴相器25输出对应的相位检测信号，避免了X波段频率信号由于输出频率较高而产生较高的相位噪声。
在一个实施例中，锁相环利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住。在本实施例中，鉴相器25、环路滤波器26、压控振荡器27以及耦合器28与锁相环反馈回路形成锁相环频率合成器，以锁出最终需要的频率。此时，锁相环频率合成器的相位噪声Phase Noise＝Floor+10log(Fpfd)+20logN，其中，Floor是锁相环的噪声基底，Fpfd是鉴相频率，N是放大倍数，由此可知，放大倍数N的值越大，相位噪声Phase Noise也就越高，相位噪声越差。在本实施例中，用梳状谱发生器22产生的本振信号与锁相环频率合成器中的压控振荡器27输出的X波段频率信号进行下变频，锁相环只需锁定该下变频频率(即第二频率信号)，即可让压控振荡器恒定输出高频频率的X波段频率信号，此时，低相噪X波段频率源的相位噪声是按下变频频率(即第二频率信号)来计算的，通过梳状谱发生器22、声表滤波器23以及倍频器24提供低相噪的第二频率信号，从而降低X波段频率信号的相位噪声。
在一个实施例中，在鉴相器25的输出端衰减高频误差分量，以提高抗干扰性能，鉴相器25用于鉴别输入信号和反馈信号的相位差别，具体的，鉴相器25基于所述参考频率信号和所述频率反馈信号生成相位检测信号，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住。
在一个实施例中，环路滤波器26可以由线性元件电阻、电容以及运算放大器组成。环路滤波器26用于衰减由输入信号噪声引起的快速变化的相位误差和平滑相位检测器泄露的高频分量，即滤波,以便在其输出端对原始信号进行精确的估计，环路滤波的阶数和噪声带宽决定了环路滤波器对信号的动态响应，例如，环路滤波器26用于对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号，以控制压控振荡器27输出对应的信号。
在一个实施例中，参见图2所示，所述低相噪X波段频率源还包括滤波器211，滤波器211设于所述倍频器24与所述混频器29之间，用于对所述第二频率信号进行滤波处理。
在一个实施例中，所述参考频率信号的频率为100MHz。在本实施例中，通过提供频率为100MHz的参考频率信号，基于上述低相噪X波段频率源的电路结构输出11860±200MHz的信号频率。
在一个实施例中，所述声表滤波器23用于从多个谐波信号中筛选出频率为2.6GHz的第一频率信号；所述倍频器24用于将所述第一频率信号进行频率倍增处理，以输出频率为10.4GHz的第二频率信号。
在本实施例中，把100MHz的参考频率信号通过功分器21分成两路，一路给鉴相器25当参考频率，另一路通过梳状谱发生器22产生很多100MHz的谐波信号，用声表滤波器23把其中的2.6GHz的信号滤出来，提供给倍频器24进行倍增处理。
在一个实施例中，所述倍频器24为四倍频器。具体的，倍频器24用于将所述第一频率信号进行频率倍增处理，以输出频率为10.4GHz的第二频率信号。并经过滤波器211进行滤波处理后作为锁相环反馈回路的混频本振信号。
在一个实施例中，所述X波段频率信号的频率为所述第二频率信号与所述频率反馈信号的频率之和。
在一个实施例中，所述X波段频率信号的频率为11860±200MHz，所述频率反馈信号的频率为1460±200MHz。
在本实施例中，压控振荡器27输出的X波段频率信号的频率为11860±200MHz，耦合器28耦合一路信号提供给混频器29，混频器29基于该频率为11860±200MHz以及频率为10.4GHz的第二频率信号变频得到频率为1460±200MHz的频率反馈信号，并经过分频器210回到鉴相器25，从而达到闭环稳定状态，此时，鉴相器25只需要锁定输出1460±200MHz，最终压控振荡器27的输出频率为11860±200MHz。
在本实施例中，由于第二频率信号作为锁相环反馈回路的混频本振信号，其相位噪声比1460±200MHz的信号好，混频器29混频后的相位噪声通常是取两者最差的，所以相位噪声是按照1460±200MHz来算的，从而可以极大的降低压控振荡器27输出频率的相位噪声。
在一个实施例中，采用本该方案的低相噪X波段频率源输出频率为11860±200MHz的信号，其相位噪声比采用锁相环直接锁11860±200MHz的相位噪声指标好18dB。
本申请实施例还提供了一种低相噪X波段频率源的调制方法，包括：
基于参考频率信号生成多个谐波信号；
从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；
对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；
基于所述参考频率信号和所述参考频率信号生成相位检测信号；
对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；
基于所述控制信号生成X波段频率信号；
对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号；
对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同，以对所述X波段频率信号的频率进行锁定。
在本实施例中，通过根据参考频率信号生成多个谐波信号；从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号，将该第二频率信号作为锁相环反馈回路的混频本振信号，可以大大降低压控振荡器输出频率的相位噪声。
在一个实施例中，本实施例中的调制方法可以采用如上述实施例中的低相噪X波段频率源实现，具体的，本实施例中的调制方法包括：
采用梳状谱发生器基于所述参考频率信号生成多个谐波信号；
通过声表滤波器从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；
采用倍频器对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；
采用鉴相器基于所述参考频率信号和所述参考频率信号生成相位检测信号；
采用环路滤波器对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；
采用压控振荡器基于所述控制信号生成X波段频率信号；
通过耦合器对所述X波段频率信号和所述第二频率信号进行耦合处理，以生成两路所述X波段频率信号；
采用混频器对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号，
采用分频器对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同。
在本实施例中，通过功分器21将参考频率信号源10提供的参考频率信号分成两路输出，从而在其中一路输出增加梳状谱发生器22以生成多个谐波信号，然后通过声表滤波器23筛选出第一频率信号，并通过倍频器24对第一频率信号进行倍增处理得到第二频率信号，第二频率信号的频率与X波段频率信号的频率相近，混频器29对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号，分频器210根据该频率反馈信号生成与参考频率信号的频率相同的锁频信号，从而使得鉴相器25输出对应的相位检测信号，避免了X波段频率信号由于输出频率较高而产生较高的相位噪声。
在一个实施例中，鉴相器25、环路滤波器26、压控振荡器27以及耦合器28与锁相环反馈回路形成锁相环频率合成器，以锁出最终需要的频率。此时，锁相环频率合成器的相位噪声Phase Noise＝Floor+10log(Fpfd)+20logN，其中，Floor是锁相环的噪声基底，Fpfd是鉴相频率，N是放大倍数，由此可知，放大倍数N的值越大，相位噪声Phase Noise也就越高，相位噪声越差。在本实施例中，用梳状谱发生器22产生的本振信号与锁相环频率合成器中的压控振荡器27输出的X波段频率信号进行下变频，锁相环只需锁定该下变频频率(即第二频率信号)，即可让压控振荡器恒定输出高频频率的X波段频率信号，此时，低相噪X波段频率源的相位噪声是按下变频频率(即第二频率信号)来计算的，通过梳状谱发生器22、声表滤波器23以及倍频器24提供低相噪的第二频率信号，从而降低X波段频率信号的相位噪声。
本申请实施例提供了一种低相噪X波段频率源及其调制方法，采用梳状谱发生器基于所述参考频率信号生成多个谐波信号，通过声表滤波器从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号，采用倍频器对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号，通过对所述X波段频率信号和所述第二频率信号进行混频处理，以生成所述频率反馈信号，然后通过分频器基于频率反馈信号生成锁屏信号，从而对X波段频率信号的频率进行锁定，降低了X波段频率信号的相位噪声，解决了传统的锁相环频率合成器存在的输出频率越高，相位噪声越高的问题。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种低相噪X波段频率源，与参考频率信号源连接，其特征在于，所述低相噪X波段频率源包括：
功分器，与所述参考频率信号源连接，用于将所述参考频率信号源提供的参考频率信号分为两路输出；
梳状谱发生器，与所述功分器连接，用于接收参考频率信号，并基于所述参考频率信号生成多个谐波信号；
声表滤波器，与所述梳状谱发生器连接，用于从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；
倍频器，与所述声表滤波器连接，用于接收所述第一频率信号，并对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；
鉴相器，与所述功分器连接，用于接收频率反馈信号和所述参考频率信号，并基于所述参考频率信号和所述频率反馈信号生成相位检测信号；
环路滤波器，与所述鉴相器连接，用于对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；
压控振荡器，与所述环路滤波器连接，用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号生成X波段频率信号；
耦合器，与所述压控振荡器连接，用于对所述X波段频率信号进行耦合处理生成两路所述X波段频率信号；
混频器，与所述耦合器和所述倍频器连接，用于接收所述第二频率信号和所述X波段频率信号，对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号；
分频器，设于所述混频器与所述鉴相器之间，用于对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同；
所述低相噪X波段频率源还包括：
滤波器，设于所述倍频器与所述混频器之间，用于对所述第二频率信号进行滤波处理；
所述参考频率信号的频率为100MHz；
所述倍频器为四倍频器；
所述声表滤波器用于从多个谐波信号中筛选出频率为2.6GHz的第一频率信号；
所述倍频器用于将所述第一频率信号进行频率倍增处理，以输出频率为10.4GHz的第二频率信号；
所述X波段频率信号的频率为所述第二频率信号与所述频率反馈信号的频率之和；
所述X波段频率信号的频率为11860±200MHz；
所述频率反馈信号的频率为1460±200MHz。
2.一种低相噪X波段频率源的调制方法，其特征在于，包括：
基于参考频率信号生成多个谐波信号；
从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；
对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；
基于所述参考频率信号和所述参考频率信号生成相位检测信号；
对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；
基于所述控制信号生成X波段频率信号；
对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号；
对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同，以对所述X波段频率信号的频率进行锁定。
3.一种低相噪X波段频率源的调制方法，其特征在于，所述调制方法包括：
采用梳状谱发生器基于参考频率信号生成多个谐波信号；
通过声表滤波器从所述多个谐波信号中筛选出第一频率信号；
采用倍频器对所述第一频率信号进行频率倍增处理，以生成第二频率信号；
采用鉴相器基于所述参考频率信号和所述参考频率信号生成相位检测信号；
采用环路滤波器对所述相位检测信号进行滤波处理并生成控制信号；
采用压控振荡器基于所述控制信号生成X波段频率信号；
通过耦合器对所述X波段频率信号和所述第二频率信号进行耦合处理，以生成两路所述X波段频率信号；
采用混频器对所述第二频率信号和所述X波段频率信号进行混频处理得到频率反馈信号；
采用分频器对所述频率反馈信号进行分频处理生成锁频信号；其中，所述锁频信号的频率与所述参考频率信号的频率相同。
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