CN113452410B - 频率跳变的宽带信道频率合成器及频率合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种频率跳变的宽带信道频率合成器及频率合成方法，该频率合成器包括DDS及控制单元、S波段、X/Ku波段梳状谱及滤波单元、S波段混频单元、S波段、X/Ku波段开关滤波单元、宽带混频单元、宽带功分放大单元、参考分配单元和开关电源电路，S波段混频单元用于将窄带捷变频信号与第一本振信号混频以输出第一级中频信号，S波段开关滤波单元用于对第一级中频信号进行滤波；宽带混频单元用于将滤波后的第一级中频信号与第二本振信号混频以输出第二级中频信号；X/Ku波段开关滤波单元用于对第二级中频信号进行滤波。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中频率合成器无法在保证宽带频率源输出的频谱纯度的基础上，缩短频率跳变时间的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统技术领域，尤其涉及一种频率跳变的宽带信道频率合成器及频率合成方法。
背景技术
频率合成器作为通信系统的核心部件，广泛运用于通信系统中，在现代通信和信息处理系统中扮演着极为关键的角色，它的性能指标在系统性能指标中起着决定性的作用。目前，在无线和移动通信应用中，随着数据传输速度的提高，射频发射接收机的本振频率合成器的锁定时间越来越成为设计的关键指标。频率合成器的频率切换时间决定了通信系统的信道切换速度以及系统的建立时间，因为频率转换过程中，系统处于等待过程，只有在锁定以后才能接收和发送数据。锁定过程纯粹就是浪费系统功耗和时间，如果锁定时间短，将有更多的时间用于数据处理，从而提高系统数据处理速度，同时降低功耗的浪费，因此时间应该越短越好。另外，在跳频扩频通信系统中，锁定时间短，有利于提高通信质量，减小误码率。在保密跳频通信中，跳频速度越快，越难以被追踪，有利于数据安全。超宽带、快速锁定、小型化、全集成的频率合成器设计始终是现代无线通信系统的一个挑战。
以频率合成技术来分，频率合成器主要有直接式和间接式锁相环两大类。
直接频率合成是通过分频、倍频和混频的方式，把一个频率或者多个频率进行加减乘除以得到频率不同的输出信号，频率切换时间通常在纳秒级。但采用了大量的混频和滤波电路，难以抑制由非线性引入的杂波，很难有较好的杂散抑制度。
间接式锁相环频率合成技术的频率分辨率与频率切换时间是一对矛盾量，频率分辨率越高，频率合成器的频率切换时间越长，因此锁相环的构成的频率合成器的频率跳变时间较长，不适用于对频率跳变时间要求很高的领域。
因此，有必要选择一种新的频率合成方式来解决以上问题。
发明内容
本发明提供了一种频率跳变的宽带信道频率合成器及频率合成方法，能够解决现有技术中频率合成器无法在保证宽带频率源输出的频谱纯度的基础上，缩短频率跳变时间的技术问题。
根据本发明的一方面，提供了一种频率跳变的宽带信道频率合成器，频率跳变的宽带信道频率合成器包括：DDS及控制单元，DDS及控制单元用于生成窄带捷变频信号；S波段梳状谱及滤波单元，S波段梳状谱及滤波单元用于生成第一本振信号；S波段混频单元，S波段混频单元分别与DDS及控制单元和S波段梳状谱及滤波单元连接，S波段混频单元用于将窄带捷变频信号与第一本振信号混频以输出第一级中频信号；S波段开关滤波单元，S波段开关滤波单元与S波段混频单元连接，S波段开关滤波单元用于对第一级中频信号进行滤波；X/Ku波段梳状谱及滤波单元，X/Ku波段梳状谱及滤波单元用于生成第二本振信号；宽带混频单元，宽带混频单元分别与S波段开关滤波单元和X/Ku波段梳状谱及滤波单元连接，宽带混频单元用于将滤波后的第一级中频信号与第二本振信号混频以输出第二级中频信号；X/Ku波段开关滤波单元，X/Ku波段开关滤波单元与宽带混频单元连接，X/Ku波段开关滤波单元用于对第二级中频信号进行滤波；宽带功分放大单元，宽带功分放大单元与X/Ku波段开关滤波单元连接，宽带功分放大单元用于对滤波后的第二级中频信号进行功分放大输出；参考分配单元，参考分配单元分别与DDS及控制单元、S波段梳状谱及滤波单元以及X/Ku波段梳状谱及滤波单元连接，参考分配单元用于提供参考时钟信号及基准时钟信号；开关电源电路，开关电源电路分别与DDS及控制单元、S波段梳状谱及滤波单元、S波段开关滤波单元、X/Ku波段梳状谱及滤波单元以及X/Ku波段开关滤波单元连接，开关电源电路用于对DDS及控制单元、S波段梳状谱及滤波单元、S波段开关滤波单元、X/Ku波段梳状谱及滤波单元以及X/Ku波段开关滤波单元进行供电以及实现波段控制。
进一步地，参考分配单元采用100MHz恒温晶振生成参考时钟信号并根据参考时钟信号经过功分网络为DDS及控制单元、参考分配单元、S波段梳状谱及滤波单元以及X/Ku波段梳状谱及滤波单元提供基准时钟信号。
进一步地，宽带信道频率合成器还包括外部控制接口，外部控制接口与开关电源电路连接，外部控制接口用于将外部控制信号输入至开关电源电路。
进一步地，开关电源电路采用FPGA芯片实现对DDS及控制单元、S波段梳状谱及滤波单元、S波段开关滤波单元、X/Ku波段梳状谱及滤波单元以及X/Ku波段开关滤波单元的切换控制。
进一步地，开关电源电路用于实现对DDS及控制单元的并行时序控制、S波段梳状谱及滤波单元的五个频点控制、X/Ku波段梳状谱及滤波单元的五个频点控制、S波段开关滤波单元的十段滤波器选择控制以及X/Ku波段开关滤波单元的十段滤波器选择控制。
进一步地，S波段梳状谱及滤波单元包括S波段梳状谱发生器和第一开关滤波单元，S波段梳状谱发生器用于生成S波段宽谱信号，第一开关滤波单元用于对S波段宽谱信号进行滤波以生成第一本振信号。
进一步地，X/Ku波段梳状谱及滤波单元包括X/Ku波段梳状谱发生器和第二开关滤波单元，X/Ku波段梳状谱发生器用于生成X/Ku波段宽谱信号，第二开关滤波单元用于对X/Ku波段宽谱信号进行滤波以生成第二本振信号。
进一步地，DDS及控制单元包括DDS信号发生器和FPGA芯片，DDS信号发生器与FPGA芯片连接，FPGA芯片用于控制DDS信号发生器输出窄带捷变频信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种宽带信道频率合成方法，宽带信道频率合成方法使用如上所述的宽带信道频率合成器进行频率合成。
进一步地，宽带信道频率合成方法包括：利用DDS及控制单元的DDS电路输出窄带捷变频信号；利用S波段梳状谱及滤波单元生成第一本振信号；将窄带捷变频信号和第一本振信号输入S波段混频单元进行混频以输出第一级中频信号；利用S波段开关滤波单元对第一级中频信号进行滤波；利用X/Ku波段梳状谱及滤波单元生成第二本振信号；将滤波后的第一级中频信号和第二本振信号输入宽带混频单元进行混频以输出第二级中频信号；利用X/Ku波段开关滤波单元对第二级中频信号进行滤波；利用宽带功分放大单元对滤波后的第二级中频信号进行功分放大输出以生成满足宽带频率源的带宽要求的微波信号。
应用本发明的技术方案，提供了一种频率跳变的宽带信道频率合成器，该频率合成器利用两级混频和多组开关滤波单元实现了频带的搬移和拼接，从而满足在超宽频带范围内实现比较优良的杂散指标及10MHz跳频间隔；采用DDS方式实现小步进捷变信号，实现了捷变频性能，快跳时间小于1us；利用梳状谱信号产生方法实现低相噪多点变频本振信号的产生；此外，采用参考分配单元提供的低相噪信号经过梳状谱及滤波单元，通过产生谐波信号来提供宽带本振，与传统多倍频方式对比，大大降低体积。因此，本发明所提供的宽带信道频率合成器与现有技术相比，其能够在最大限度地保持DDS输出信号的无杂散动态范围，保证宽带频率源输出的频谱纯度的基础上，缩短频率跳变时间，同时降低信号的相位噪声，减小体积。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的频率跳变的宽带信道频率合成器的结构组成框图；
图2示出了根据本发明的具体实施例提供的频率跳变的宽带信道频率合成方法的流程框图；
图3示出了根据本发明的具体实施例提供的频率跳变的宽带信道频率合成器的具体方案框图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、DDS及控制单元；20、S波段梳状谱及滤波单元；30、S波段混频单元；40、S波段开关滤波单元；50、X/Ku波段梳状谱及滤波单元；60、宽带混频单元；70、X/Ku波段开关滤波单元；80、宽带功分放大单元；90、参考分配单元；100、开关电源电路。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种频率跳变的宽带信道频率合成器，该频率跳变的宽带信道频率合成器包括DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20、S波段混频单元30、S波段开关滤波单元40、X/Ku波段梳状谱及滤波单元50、宽带混频单元60、X/Ku波段开关滤波单元70(即X和Ku波段开关滤波单元)、宽带功分放大单元80、参考分配单元90和开关电源电路100，DDS及控制单元10用于生成窄带捷变频信号，S波段梳状谱及滤波单元20用于生成第一本振信号，S波段混频单元30分别与DDS及控制单元10和S波段梳状谱及滤波单元20连接，S波段混频单元30用于将窄带捷变频信号与第一本振信号混频以输出第一级中频信号，S波段开关滤波单元40与S波段混频单元30连接，S波段开关滤波单元40用于对第一级中频信号进行滤波，X/Ku波段梳状谱及滤波单元50用于生成第二本振信号，宽带混频单元60分别与S波段开关滤波单元40和X/Ku波段梳状谱及滤波单元50连接，宽带混频单元60用于将滤波后的第一级中频信号与第二本振信号混频以输出第二级中频信号，X/Ku波段开关滤波单元70与宽带混频单元60连接，X/Ku波段开关滤波单元70用于对第二级中频信号进行滤波，宽带功分放大单元80与X/Ku波段开关滤波单元70连接，宽带功分放大单元80用于对滤波后的第二级中频信号进行功分放大输出，参考分配单元90分别与DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20以及X/Ku波段梳状谱及滤波单元50连接，参考分配单元90用于提供参考时钟信号及基准时钟信号，开关电源电路100分别与DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20、S波段开关滤波单元40、X/Ku波段梳状谱及滤波单元50以及X/Ku波段开关滤波单元70连接，开关电源电路100用于对DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20、S波段开关滤波单元40、X/Ku波段梳状谱及滤波单元50以及X/Ku波段开关滤波单元70进行供电以及实现波段控制。
应用此种配置方式，提供了一种频率跳变的宽带信道频率合成器，该频率合成器利用两级混频和多组开关滤波单元实现了频带的搬移和拼接，从而满足在超宽频带范围内实现比较优良的杂散指标及10MHz跳频间隔；采用DDS(Direct Digital Synthesis，直接数字频率合成，简称DDS)方式实现小步进捷变信号，实现了捷变频性能，快跳时间小于1us；利用梳状谱信号产生方法实现低相噪多点变频本振信号的产生；此外，采用参考分配单元提供的低相噪信号经过梳状谱及滤波单元，通过产生谐波信号来提供宽带本振，与传统多倍频方式对比，大大降低体积。因此，本发明所提供的宽带信道频率合成器与现有技术相比，其能够在最大限度地保持DDS输出信号的无杂散动态范围，保证宽带频率源输出的频谱纯度的基础上，缩短频率跳变时间，同时降低信号的相位噪声，减小体积。
具体地，在本发明中，跳频时间取决于跳频电路的设计方式，本发明所提供频率合成器采用DDS电路实时并行控制方式和微波开关切换的方式实现快速跳频。此外，宽带频率源内部需要对输入的10位频率控制字进行解析分别得到DDS的并行频率控制字以及各级变频模块的开关切换信号。DDS电路的跳频时间主要取决于并行控制的最高时钟以及电路本身的流水线延迟。DDS电路的并行控制的最高频率为145MHz，单次置数时间小于7ns，流水线延迟与DDS的系统时钟相关，当DDS系统时钟为3GHz时，流水线延迟约90ns。故DDS电路的频率切换时间小于100ns。微波开关的切换速率主要取决于开关本身的速率以及驱动电路的速率，该类型电路的总的切换时间可小于100ns。因此，本发明所提供的频率合成器与现有技术相比，能够极大地减小跳频时间，实现快速跳频。
此外，在相位噪声指标方面，本发明所所提供频率合成器的相位噪声的产生主要来自于DDS电路输出和PLL电路，具体如图3所示。DDS的输出的相位噪声较小，在频偏1KHz处，相位噪声≤-120dBc/Hz，远小于传统PLL电路和谐波产生电路的输出噪声电平。故宽带频率源的相位噪声性能主要决定于S波段梳状谱及滤波单元和X/Ku波段梳状谱及滤波单元输出的相位噪声。
在本发明中，S波段梳状谱及滤波单元的本振信号相噪最差频点为2700MHz，X/Ku波段梳状谱及滤波单元的本振信号相噪最差频点为15GHz。选用参考分配单元的晶振相位噪声约为-155dBc/Hz@1kHz。根据倍频器相噪恶化公式：PN＝PN0+20×logN+5dB，可得S波段梳状谱及滤波单元里的本振信号最差相噪约为-121dBc/Hz@1kHz。DDS模块产生的中频信号相噪约为-120dBc/Hz@1kHz。根据混频器的基本原理：混频输出信号的相噪主要由相噪差的一方决定，所以S波段梳状谱及滤波单元输出信号的最差相噪约为-117dBc/Hz@1kHz。15GHz相位噪声约为-106dBc/Hz@1kHz，S波段信号经过宽带混频模块后输出信号的最差相噪约为-106dBc/Hz@1kHz。与现有技术相比，本发明所提供的频率发生器能够极大地降低信号相位噪声。
进一步地，在本发明中，为了提供参考时钟信号和基准时钟信号，可将参考分配单元90配置为采用100MHz恒温晶振生成参考时钟信号并根据参考时钟信号经过功分网络为DDS及控制单元10、参考分配单元90、S波段梳状谱及滤波单元20以及X/Ku波段梳状谱及滤波单元50提供基准时钟信号。
此外，在本发明中，为了实现对DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20、S波段开关滤波单元40、X/Ku波段梳状谱及滤波单元50以及X/Ku波段开关滤波单元70的波段控制，可将宽带信道频率合成器配置为还包括外部控制接口，外部控制接口与开关电源电路100连接，外部控制接口用于将外部控制信号输入至开关电源电路100。
在本发明中，开关电源电路100采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片实现对DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20、S波段开关滤波单元40、X/Ku波段梳状谱及滤波单元50以及X/Ku波段开关滤波单元70的切换控制。
作为本发明的一个具体实施例，开关电源电路100采用FPGA芯片实现频率合成器各个单元的切换控制。工作时钟采用100MHz，FPGA依据外部控制信号FTW0～FTW10的电平状态，确定当前工作频点。通过内部逻辑电路实现对DDS及控制单元10的并行时序控制，将当前设定频点转换为DDS对应频率控制字通过并行时序输出；实现S波段梳状谱及滤波单元20的五个频点控制和X/Ku波段梳状谱及滤波单元50的五个频点控制；实现S波段开关滤波单元40的十段滤波器选择控制以及X/Ku波段开关滤波单元70的十段滤波器选择控制。
进一步地，在本发明中，为了生成第一本振信号，可将S波段梳状谱及滤波单元20配置为包括S波段梳状谱发生器和第一开关滤波单元，S波段梳状谱发生器用于生成S波段宽谱信号，第一开关滤波单元用于对S波段宽谱信号进行滤波以生成第一本振信号。
此外，为了生成第二本振信号，可将X/Ku波段梳状谱及滤波单元50配置为包括X/Ku波段梳状谱发生器和第二开关滤波单元，X/Ku波段梳状谱发生器用于生成X/Ku波段宽谱信号，第二开关滤波单元用于对X/Ku波段宽谱信号进行滤波以生成第二本振信号。
进一步地，在本发明中，为了输出窄带捷变频信号，可将DDS及控制单元10配置为包括DDS信号发生器和FPGA芯片，DDS信号发生器与FPGA芯片连接，FPGA芯片用于控制DDS信号发生器输出窄带捷变频信号。
根据本发明的另一方面，如图2所示，提供了一种宽带信道频率合成方法，该宽带信道频率合成方法使用如上所述的宽带信道频率合成器进行频率合成。该宽带信道频率合成方法包括：利用DDS及控制单元10的DDS电路输出窄带捷变频信号；利用S波段梳状谱及滤波单元20生成第一本振信号；将窄带捷变频信号和第一本振信号输入S波段混频单元30进行混频以输出第一级中频信号；利用S波段开关滤波单元40对第一级中频信号进行滤波；利用X/Ku波段梳状谱及滤波单元50生成第二本振信号；将滤波后的第一级中频信号和第二本振信号输入宽带混频单元60进行混频以输出第二级中频信号；利用X/Ku波段开关滤波单元70对第二级中频信号进行滤波；利用宽带功分放大单元80对滤波后的第二级中频信号进行功分放大输出以生成满足宽带频率源的带宽要求的微波信号。
应用此种配置方式，提供了一种宽带信道频率合成方法，该方法利用DDS电路输出具有一定带宽的小步进高速跳频信号，之后通过利用S波段梳状谱及滤波单元输出的第一本振信号和S波段开关滤波单元，将DDS输出的信号进行频谱搬移，再通过S波段开关滤波单元进行分时输出，从而拼接产生具有较大带宽的中频信号。通过利用X/Ku波段梳状谱及滤波单元输出的第二本振信号和宽带混频单元，将宽带中频信号进行频谱搬移并通过X/Ku波段开关滤波单元进行分时输出，从而拼接出满足宽带频率源的带宽要求的微波信号。此种方式能够在保证宽带频率源输出的频谱纯度的基础上，缩短频率跳变时间，降低信号相位噪声，缩小体积。
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图3对本发明所提供的频率跳变的宽带信道频率合成器进行详细说明。
如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种频率跳变的宽带信道频率合成器。该频率跳变的宽带信道频率合成器包括DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20、S波段混频单元30、S波段开关滤波单元40、X/Ku波段梳状谱及滤波单元50、宽带混频单元60、X/Ku波段开关滤波单元70、宽带功分放大单元80、参考分配单元90和开关电源电路100，DDS及控制单元10用于生成窄带捷变频信号，S波段梳状谱及滤波单元20用于生成第一本振信号，S波段混频单元30分别与DDS及控制单元10和S波段梳状谱及滤波单元20连接，S波段混频单元30用于将窄带捷变频信号与第一本振信号混频以输出第一级中频信号，S波段开关滤波单元40与S波段混频单元30连接，S波段开关滤波单元40用于对第一级中频信号进行滤波，X/Ku波段梳状谱及滤波单元50用于生成第二本振信号，宽带混频单元60分别与S波段开关滤波单元40和X/Ku波段梳状谱及滤波单元50连接，宽带混频单元60用于将滤波后的第一级中频信号与第二本振信号混频以输出第二级中频信号。
X/Ku波段开关滤波单元70与宽带混频单元60连接，X/Ku波段开关滤波单元70用于对第二级中频信号进行滤波，宽带功分放大单元80与X/Ku波段开关滤波单元70连接，宽带功分放大单元80用于对滤波后的第二级中频信号进行功分放大输出，参考分配单元90分别与DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20以及X/Ku波段梳状谱及滤波单元50连接，参考分配单元90用于提供参考时钟信号及基准时钟信号，开关电源电路100分别与DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20、S波段开关滤波单元40、X/Ku波段梳状谱及滤波单元50以及X/Ku波段开关滤波单元70连接，开关电源电路100用于对DDS及控制单元10、S波段梳状谱及滤波单元20、S波段开关滤波单元40、X/Ku波段梳状谱及滤波单元50以及X/Ku波段开关滤波单元70进行供电以及实现波段控制。该频率合成器还包括外部控制接口，外部控制接口与开关电源电路100连接，外部控制接口用于将外部控制信号输入至开关电源电路100。
在本实施例中，DDS及控制单元10产生200MHz～300MHz细步进中频信号(F1)，S波段梳状谱及滤波单元20包括S波段梳状谱发生器和第一开关滤波单元，S波段梳状谱发生器用于生成S波段宽谱信号，S波段宽谱信号经过五频点的S波段第一开关滤波单元产生2.3GHz～2.7GHz间隔100MHz的第一本振信号(F2)。在S波段混频单元30中，细步进中频信号(F1)和第一本振信号(F2)的五个频点混频产生2GHz～3GHz第一级中频信号，混频后通过十段间隔100MHz的S波段开关滤波单元40产生2GHz～3GHz范围步进10MHz的二中频信号(F3)。
X/Ku波段梳状谱及滤波单元50包括X/Ku波段梳状谱发生器和第二开关滤波单元，X/Ku波段梳状谱发生器用于生成X/Ku波段宽谱信号，X/Ku波段宽谱信号经过五频点的X/Ku波段第二开关滤波单元产生11GHz～15GHz间隔1GHz的第二本振信号(F4)。在宽带混频单元60中，二中频信号(F3)分别与第二本振信号(F4)的五个频点混频产生8GHz～18GHz第二级中频信号。混频后通过十段间隔1GHz的X/Ku波段开关滤波单元70产生8GHz～18GHz任意细步进的宽带信号。滤波后的宽带信号经过宽带功分放大单元80放大、功分后分三路输出，每路经过驱动放大确保输出功率要求，并且能够保证三路之间较高的隔离度要求。
在本实施例中，高稳定参考时钟信号由100MHz恒温晶振产生，经过功分网络分别为DDS及控制单元10、参考分配单元90、S波段梳状谱及滤波单元20以及X/Ku波段梳状谱及滤波单元50提供基准时钟信号。
开关电源电路100采用FPGA实现频综各个单元的切换控制。工作时钟采用100MHz，FPGA依据外部控制信号FTW0～FTW10的电平状态，确定当前工作频点。通过内部逻辑电路实现：
a、DDS及控制单元10中DDS电路的并行时序控制，将当前设定频点转换为DDS对应频率控制字通过并行时序输出。
b、S波段梳状谱及滤波单元20的五个频点控制和X/Ku波段梳状谱及滤波单元50的五个频点控制。频率选段控制关系如下：S波段梳状谱及滤波单元20为0000-2.3GHz；0001-2.4GHz；0010-2.5GHz；0011-2.6GHz；0100-2.7GHz。X/Ku波段梳状谱及滤波单元50为0000-11GHz；0001-12GHz；0010-13GHz；0011-14GHz；0100-15GHz。
c、S波段开关滤波单元40的十段滤波器选择控制和X/Ku波段开关滤波单元70的十段滤波器选择控制。频率选段控制关系如下：S波段开关滤波单元40为0000-2.0～2.1GHz；0001-2.1～2.2GHz；0010-2.2～2.3GHz；0011-2.3～2.4GHz；0100-2.4～2.5GHz；0101-2.5～2.6GHz；0110-2.6～2.7GHz；0111-2.7～2.8GHz；1000-2.8～2.9GHz；1001-2.9～3.0GHz。X/Ku波段开关滤波单元70为0000-8～9GHz；0001-9～10GHz；0010-10～11GHz；0011-11～12GHz；0100-12～13GHz；0101-13～14GHz；0110-14～15GHz；0111-15～16GHz；1000-16～17GHz；1001-17～18GHz。
此外，在本发明中，频率跳变的宽带信道频率合成器的电磁兼容性设计主要包括：1)模块内各单元均采用独立金属盒体结构设计。在屏蔽壳体上采用防止微波泄漏措施、如在结合面加入导电衬垫、在接缝处涂上导电涂料、缩小紧固螺钉间距等措施，具有较好的屏蔽和隔离效果。2)模拟地、数字地相互可靠隔离，隔离电阻不小于2MΩ；3)连接器接地采用多触点并联，屏蔽体通过专用搭接件接地；4)电路中开关滤波单元的壳体屏蔽，外壳良好接地，滤波器输入输出阻抗与前后级电路良好匹配。
综上所述，本发明提供了一种频率跳变的宽带信道频率合成器，该频率合成器与现有技术相比，其能够在最大限度地保持DDS输出信号的无杂散动态范围，保证宽带频率源输出的频谱纯度的基础上，缩短频率跳变时间，同时降低信号的相位噪声，减小体积。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种频率跳变的宽带信道频率合成器，其特征在于，所述频率跳变的宽带信道频率合成器包括：
DDS及控制单元(10)，所述DDS及控制单元(10)用于生成窄带捷变频信号；
S波段梳状谱及滤波单元(20)，所述S波段梳状谱及滤波单元(20)用于生成第一本振信号；
S波段混频单元(30)，所述S波段混频单元(30)分别与所述DDS及控制单元(10)和所述S波段梳状谱及滤波单元(20)连接，所述S波段混频单元(30)用于将所述窄带捷变频信号与所述第一本振信号混频以输出第一级中频信号；
S波段开关滤波单元(40)，所述S波段开关滤波单元(40)与所述S波段混频单元(30)连接，所述S波段开关滤波单元(40)用于对所述第一级中频信号进行滤波；
X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)，所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)用于生成第二本振信号；
宽带混频单元(60)，所述宽带混频单元(60)分别与所述S波段开关滤波单元(40)和所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)连接，所述宽带混频单元(60)用于将滤波后的所述第一级中频信号与所述第二本振信号混频以输出第二级中频信号；
X/Ku波段开关滤波单元(70)，所述X/Ku波段开关滤波单元(70)与所述宽带混频单元(60)连接，所述X/Ku波段开关滤波单元(70)用于对所述第二级中频信号进行滤波；
宽带功分放大单元(80)，所述宽带功分放大单元(80)与所述X/Ku波段开关滤波单元(70)连接，所述宽带功分放大单元(80)用于对滤波后的所述第二级中频信号进行功分放大输出；
参考分配单元(90)，所述参考分配单元(90)分别与所述DDS及控制单元(10)、所述S波段梳状谱及滤波单元(20)以及所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)连接，所述参考分配单元(90)用于提供参考时钟信号及基准时钟信号；
开关电源电路(100)，所述开关电源电路(100)分别与所述DDS及控制单元(10)、所述S波段梳状谱及滤波单元(20)、所述S波段开关滤波单元(40)、所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)以及所述X/Ku波段开关滤波单元(70)连接，所述开关电源电路(100)用于对所述DDS及控制单元(10)、所述S波段梳状谱及滤波单元(20)、所述S波段开关滤波单元(40)、所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)以及所述X/Ku波段开关滤波单元(70)进行供电以及实现波段控制。
2.根据权利要求1所述的频率跳变的宽带信道频率合成器，其特征在于，所述参考分配单元(90)采用100MHz恒温晶振生成参考时钟信号并根据所述参考时钟信号经过功分网络为所述DDS及控制单元(10)、所述参考分配单元(90)、所述S波段梳状谱及滤波单元(20)以及所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)提供基准时钟信号。
3.根据权利要求1所述的频率跳变的宽带信道频率合成器，其特征在于，所述宽带信道频率合成器还包括外部控制接口，所述外部控制接口与所述开关电源电路(100)连接，所述外部控制接口用于将外部控制信号输入至所述开关电源电路(100)。
4.根据权利要求3所述的频率跳变的宽带信道频率合成器，其特征在于，所述开关电源电路(100)采用FPGA芯片实现对所述DDS及控制单元(10)、所述S波段梳状谱及滤波单元(20)、所述S波段开关滤波单元(40)、所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)以及所述X/Ku波段开关滤波单元(70)的切换控制。
5.根据权利要求4所述的频率跳变的宽带信道频率合成器，其特征在于，所述开关电源电路(100)用于实现对所述DDS及控制单元(10)的并行时序控制、所述S波段梳状谱及滤波单元(20)的五个频点控制、所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)的五个频点控制、所述S波段开关滤波单元(40)的十段滤波器选择控制以及所述X/Ku波段开关滤波单元(70)的十段滤波器选择控制。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的频率跳变的宽带信道频率合成器，其特征在于，所述S波段梳状谱及滤波单元(20)包括S波段梳状谱发生器和第一开关滤波单元，所述S波段梳状谱发生器用于生成S波段宽谱信号，所述第一开关滤波单元用于对所述S波段宽谱信号进行滤波以生成第一本振信号。
7.根据权利要求5所述的频率跳变的宽带信道频率合成器，其特征在于，所述X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)包括X/Ku波段梳状谱发生器和第二开关滤波单元，所述X/Ku波段梳状谱发生器用于生成X/Ku波段宽谱信号，所述第二开关滤波单元用于对所述X/Ku波段宽谱信号进行滤波以生成第二本振信号。
8.根据权利要求7所述的频率跳变的宽带信道频率合成器，其特征在于，所述DDS及控制单元(10)包括DDS信号发生器和FPGA芯片，所述DDS信号发生器与所述FPGA芯片连接，所述FPGA芯片用于控制所述DDS信号发生器输出窄带捷变频信号。
9.一种宽带信道频率合成方法，其特征在于，所述宽带信道频率合成方法使用如权利要求1至8中任一项所述的宽带信道频率合成器进行频率合成。
10.根据权利要求9所述的宽带信道频率合成方法，其特征在于，所述宽带信道频率合成方法包括：
利用DDS及控制单元(10)的DDS电路输出窄带捷变频信号；
利用S波段梳状谱及滤波单元(20)生成第一本振信号；
将所述窄带捷变频信号和所述第一本振信号输入S波段混频单元(30)进行混频以输出第一级中频信号；
利用S波段开关滤波单元(40)对所述第一级中频信号进行滤波；
利用X/Ku波段梳状谱及滤波单元(50)生成第二本振信号；
将滤波后的第一级中频信号和第二本振信号输入宽带混频单元(60)进行混频以输出第二级中频信号；
利用X/Ku波段开关滤波单元(70)对第二级中频信号进行滤波；
利用宽带功分放大单元(80)对滤波后的第二级中频信号进行功分放大输出以生成满足宽带频率源的带宽要求的微波信号。
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