CN114050824A - 一种宽带低相噪的频率综合器及分频放大滤波电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信系统中的频率合成技术，特别涉及一种宽带低相噪的频率综合器及分频放大滤波电路，该器件包括：有源锁相环电路和分频放大滤波电路；所述有源锁相环电路与所述分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分频放大滤波电路进行电路导通，形成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分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

一种宽带低相噪的频率综合器及分频放大滤波电路
技术领域
本发明属于无线通信系统中的频率合成技术，特别涉及一种宽带低相噪的频率综合器及分频放大滤波电路。
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。随着宽带雷达与电子对抗技术的快速发展，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，本发明提出了一种宽带低相噪的频率综合器，该器件包括：有源锁相环电路和分频放大滤波电路；所述有源锁相环电路与所述分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分频放大滤波电路进行电路导通，形成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；第一电阻衰减器的输入端连接晶振，输出端连接鉴相器的参考输入端；鉴相器的输出端与有源环路的输入端连接；宽带压控振荡器VCO的输入端与有源环路的输出端连接，输出端与宽带功分器的输入端连接；宽带功分器的输出端分别与第三电阻衰减器和分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。
进一步的，宽带压控振荡器VCO和宽带功分器处理信号的频率为10.0GHz～20.0GHz。
进一步的，有源锁相环电路的工作频率为10.0GHz～20.0GHz。
优选的，分频放大滤波电路包括第一宽带放大器、第一二选一开关、第二二选一开关、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三二选一开关、可编程分频器、第一五选一开关、第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器、第七低通滤波器、第二五选一开关、第四二选一开关；第一宽带放大器的输出端连接第一二选一开关；第一二选一开关的第一输出端连接第二二选一开关，第二输出端连接可编程分频器；第二二选一开关的第一输出端连接第一低通滤波器，第二输出端连接第二低通滤波器；第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端均连接第三二选一开关；第三二选一开关的输出端连接第四二选一开关的第一输入端；可编程分频器的输出端连接第一五选一开关的输入端，第一五选一开关的五个输出端分别与第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器以及第七低通滤波器连接，且第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器、第七低通滤波器的输出端分别与第二五选一开关的五个输入端连接；第二五选一开关的输出端与第四二选一开关的第二输入端连接，构成分频放大滤波电路。
进一步的，第二二选一开关的输入信号频率为10GHz～18GHz。
进一步的，可编程分频器的分频次数设置为2/4/8/16次。
进一步的，可编程分频器对输入信号进行分频后的输出信号的频率为0.8GHz～10GHz。
进一步的，分频放大滤波电路中七个低通滤波器的滤波频率分别为：第一低通滤波器的滤波频率为14GHz～18GHz，第二低通滤波器的滤波频率为10GHz～14GHz，第三低通滤波器的滤波频率为0.8GHz～1.25GHz，第四低通滤波器的滤波频率为1.25GHz～2GHz，第五低通滤波器的滤波频率为2GHz～3.5GHz，第六低通滤波器的滤波频率为3.5GHz～6.5GHz，第七低通滤波器的滤波频率为6.5GHz～10GHz。
本发明的0.8GHz～18GHz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0.8GHz～18GHz频带内按照间隔5MHz实现任意频率切换，杂散抑制大于28dBc(FL-10MHz～FL+10MHz)，相位噪声≤-70dBc/Hz@1kHz、≤-75dBc/Hz@10kHz，谐波抑制≥20dBc，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为本发明的分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。
一种宽带低相噪的频率综合器，包括10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路和分频放大滤波电路，所述10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路用于产生10.0GHz～20.0GHz宽带信号；将10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路产生的宽带信号作为分频放大滤波电路的输入信号，经过分频放大滤波电路倍频和分段滤波后输出0.8GHz～18GHz宽带信号。
一种宽带低相噪频率综合器的具体实施方式，如图1所示，该器件包括：10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路和分频放大滤波电路；10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路包括晶振、鉴相器、有源环路、宽带压控振荡器VCO、宽带放大器、4分频器；所述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有源锁相环电路用于产生10.0GHz～20.0GHz宽带信号；分频放大滤波电路用于对10.0GHz～20.0GHz宽带信号进行分频和分段滤波。
作为一种可选的具体实施方式，如同2所示，10.0GHz～20.0GHz有源锁相环电路包括10.0GHz～20.0GHz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、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。
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分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，晶振选用100MHz的低相噪晶振，该晶振产生的参考信号相噪噪声良好。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所示，本实施例分频放大滤波电路包括第一宽带放大器、第一二选一开关、第二二选一开关、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三二选一开关、可编程分频器、第一五选一开关、第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器、第七低通滤波器、第二五选一开关、第四二选一开关；第一宽带放大器的输出端连接第一二选一开关；第一二选一开关的第一输出端连接第二二选一开关，第二输出端连接可编程分频器；第二二选一开关的第一输出端连接第一低通滤波器，第二输出端连接第二低通滤波器；第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端均连接第三二选一开关；第三二选一开关的输出端连接第四二选一开关的第一输入端；可编程分频器的输出端连接第一五选一开关的输入端，第一五选一开关的五个输出端分别与第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器以及第七低通滤波器连接，且第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器、第七低通滤波器的输出端分别与第二五选一开关的五个输入端连接；第二五选一开关的输出端与第四二选一开关的第二输入端连接，构成分频放大滤波电路。
分频放大滤波电路中输入信号的流通关系包括输入信号依次经过第一宽带放大器、第一二选一开关，经第一二选一开关选择至两路输出；第一二选一开关第一输出端输出的10GHz～18GHz信号经第二二选一开关选择为两路输出，14GHz～18GHz信号由第一低通滤波器滤波，10GHz～14GHz信号由第二低通滤波器滤波，两种频率经第三二选一开关选择后合成为10GHz～18GHz宽带信号；第一二选一开关第二输出端输出的0.8GHz～10GHz信号由10GHz～20GHz信号经可编程分频器分别分频2/4/8/16次，产生的5～10GHz、2.5～5GHz、1.25～2.5GHz和0.8～1.25GHz五段频率由第一五选一开关选择后分别由第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器、第七低通滤波器滤波，再经第二五选一开关选择后合为0.8GHz～10GHz信号，最终0.8GHz～10GHz信号和10GHz～18GHz信号由第四二选一开关选择后输出0.8GHz～18GHz宽带信号。采用上述分频放大滤波电路，实现了分段滤波，有效的防止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28dBc以上。
优选的，4个带通滤波器的滤波频率分别为：第一低通滤波器的滤波频率为14GHz～18GHz，第二低通滤波器的滤波频率为10GHz～14GHz，第三低通滤波器的滤波频率为0.8GHz～1.25GHz，第四低通滤波器的滤波频率为1.25GHz～2GHz，第五低通滤波器的滤波频率为2GHz～3.5GHz，第六低通滤波器的滤波频率为3.5GHz～6.5GHz，第七低通滤波器的滤波频率为6.5GHz～10GHz。
优选的，分频放大滤波电路选用可实现10.0GHz～20.0GHz分频的宽带倍频器作为关键器件，分频后的输出频率达0.8GHz～18GHz。
优选的，分频放大滤波电路选用10GHz～14GHz低通滤波器、14GHz～18GHz低通滤波器、0.8GHz～1.25GHz低通滤波器、1.25GHz～2GHz低通滤波器、2GHz～3.5GHz低通滤波器、3.5GHz～6.5GHz低通滤波器、6.5GHz～10GHz低通滤波器，对分频产生的0.8GHz～18GHz宽带信号进行分段滤波，其输出的0.8GHz～18GHz宽带信号杂散抑制大于28dBc(FL-10MHz～FL+10MHz)，谐波抑制≥20dBc。
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0.8GHz～18GHz频带内按照间隔5MHz实现任意频率切换，杂散抑制大于28dBc(FL-10MHz～FL+10MHz)，相位噪声≤-70dBc/Hz@1kHz、≤-75dBc/Hz@10kHz，谐波抑制≥20dBc。
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 (10)

1.一种分频放大滤波电路，其特征在于，该电路包括四个二选一开关、两个五选一开关、七个低通滤波器以及一个可编程分频器；该分频放大滤波电路用于对输入信号中不同频段的信号进行滤波处理，得到滤波后的输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种分频放大滤波电路，其特征在于，分频放大滤波电路包括第一宽带放大器、第一二选一开关、第二二选一开关、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三二选一开关、可编程分频器、第一五选一开关、第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器、第七低通滤波器、第二五选一开关、第四二选一开关；第一宽带放大器的输出端连接第一二选一开关；第一二选一开关的第一输出端连接第二二选一开关，第二输出端连接可编程分频器；第二二选一开关的第一输出端连接第一低通滤波器，第二输出端连接第二低通滤波器；第一低通滤波器和第二低通滤波器的输出端均连接第三二选一开关；第三二选一开关的输出端连接第四二选一开关的第一输入端；可编程分频器的输出端连接第一五选一开关的输入端，第一五选一开关的五个输出端分别与第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器以及第七低通滤波器连接，且第三低通滤波器、第四低通滤波器、第五低通滤波器、第六低通滤波器、第七低通滤波器的输出端分别与第二五选一开关的五个输入端连接；第二五选一开关的输出端与第四二选一开关的第二输入端连接，构成分频放大滤波电路。
3.根据权利要求2所述的一种分频放大滤波电路，其特征在于，第二二选一开关的输入信号频率为10GHz～18GHz。
4.根据权利要求2所述的一种分频放大滤波电路，其特征在于，可编程分频器的分频次数设置为2/4/8/16次。
5.根据权利要求2所述的一种分频放大滤波电路，其特征在于，可编程分频器对输入信号进行分频后的输出信号的频率为0.8GHz～10GHz。
6.根据权利要求2所述的一种分频放大滤波电路，其特征在于，分频放大滤波电路中七个低通滤波器的滤波频率分别为：第一低通滤波器的滤波频率为14GHz～18GHz，第二低通滤波器的滤波频率为10GHz～14GHz，第三低通滤波器的滤波频率为0.8GHz～1.25GHz，第四低通滤波器的滤波频率为1.25GHz～2GHz，第五低通滤波器的滤波频率为2GHz～3.5GHz，第六低通滤波器的滤波频率为3.5GHz～6.5GHz，第七低通滤波器的滤波频率为6.5GHz～10GHz。
7.一种宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，包括：有源锁相环电路和所述权利要求1～6的任意一种分频放大滤波电路；所述有源锁相环电路与所述分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分频放大滤波电路进行电路导通，形成宽带低相噪的频率综合器。
8.根据权利要求7所述的一种宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，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；第一电阻衰减器的输入端连接晶振，输出端连接鉴相器的参考输入端；鉴相器的输出端与有源环路的输入端连接；宽带压控振荡器VCO的输入端与有源环路的输出端连接，输出端与宽带功分器的输入端连接；宽带功分器的输出端分别与第三电阻衰减器和分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。
9.根据权利要求7所述的一种宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，宽带压控振荡器VCO和宽带功分器处理信号的频率为10.0GHz～20.0GHz。
10.根据权利要求7所述的一种宽带低相噪的频率综合器，其特征在于，有源锁相环电路的工作频率为10.0GHz～20.0GHz。
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