CN116155275B - 一种相位可重复的宽带细步进锁相源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相位可重复的宽带细步进锁相源，使得所设计的锁相源可以在满足相位可重复的同时，还可以实现超宽带输出、细步进输出。该锁相源包括用于产生可重复细步进参考信号的参考电路，与参考电路相连用于产生相位可重复的宽带信号的锁相合成电路，以及与锁相合成电路相连用于产生多个倍频程的超宽带信号的扩频电路；所述参考电路也与扩频电路相连。本发明的细步进锁相源具备相位可重复功能，解决了雷达系统中的相位可重复性问题，适合大规模应用。同时在用于相控阵收发组件的测试源时，不需要像传统相位不可重复的测试源，每一次测试必须先校准，这极大地提高了测试效率。
Description
技术领域
本发明属于锁相频率合成技术领域，具体地说，是涉及一种相位可重复的宽带细步进锁相源。
背景技术
随着雷达技术的快速发展，特别是在相控阵雷达技术领域，锁相环频率合成技术作为频率再生的重要手段，在激励信号和本振信号产生等方面有着非常重要的应用，在宽带细步进低相位噪声锁相频率合成中采用相位可重复的设计有非常重要的意义。在传统宽带细步进锁相环频率合成技术中，难以实现同一输出频率信号重复跳频时相位可重复，这导致雷达系统，特别是相控阵雷达系统，在同一目标频率工作时必须要进行相位校准，这一校准工作导致需要设计额外的校准通道，这既增加了雷达系统的复杂性，同时又需要耗费额外的时间来进行校准，这将不利于对目标信号的快速追踪，故需要采用相位可重复手段。
相位可重复主要是指在锁相跳频频率合成电路中，频率跳变时，每次从不同频率信号跳变到同一频率信号时该同一频率信号的相位是一样的，本发明主要为解决雷达系统中采用锁相频率合成时出现的相位不可重复问题。
在采用传统方法的宽带锁相频率合成时，存在以下弊端：
（a）传统单环锁相源输出难以实现细步进输出和超过一个倍频程的宽带输出，如图1。
（b）在专利CN114978156A中，宽带输出，频率扩展时，通过分频的方式实现，如图2所示，这种分频会导致其输出的频率信号相位不可重复，其效果如图3和图4所示。
（c）在专利CN209170342U中，由于采用小数分频模式，输出信号存在相位不可重复的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相位可重复的宽带细步进锁相源，使得所设计的锁相源可以在满足相位可重复的同时，还可以实现超宽带输出、细步进输出。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种相位可重复的宽带细步进锁相源，包括用于产生可重复细步进参考信号的参考电路，与参考电路相连用于产生相位可重复的宽带信号的锁相合成电路，以及与锁相合成电路相连用于产生多个倍频程的超宽带信号的扩频电路；所述参考电路也与扩频电路相连。
进一步地，在本发明中，所述参考电路包括参考时钟、控制器和高速D/A；其中，所述参考时钟与控制器、高速D/A和扩频电路均相连；所述控制器和高速D/A还与锁相合成电路相连。
进一步地，在本发明中，所述锁相合成电路包括依次连接的鉴相及反馈分频器、环路滤波器、压控振荡器和耦合器；其中，所述耦合器的输出端还与鉴相及反馈分频器和扩频电路相连，所述鉴相及反馈分频器的输入端与控制器和高速D/A均相连。
进一步地，在本发明中，所述扩频电路包括第一开关、第二开关、信号调理电路、混频器、滤波器组和倍频电路；所述第一开关输入端与耦合器的输出相连，所述第一开关的输出端与第二开关和混频器相连，所述混频器的输出端与滤波器组相连，所述滤波器组的输出端与第二开关相连，所述第二开关的输出端与信号调理电路相连；所述倍频电路的输入端与参考时钟的输出端相连，所述倍频电路的输出端与混频器相连。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的一种相位可重复宽带细步进锁相源具备相位可重复功能，解决了雷达系统中的相位可重复性问题，适合大规模应用。同时在用于相控阵收发组件的测试源时，不需要像传统相位不可重复的测试源，每一次测试必须先校准，这极大地提高了测试效率。
（2）本发明的一种相位可重复宽带细步进锁相源在具备相位可重复的情况下，可以实现从DC到微波的超宽带信号输出，同时还有具有细步进输出能力。
附图说明
图1为传统单环锁相源工作原理图。
图2为传统宽带锁相源工作原理图。
图3为传统锁相源跳频时相位不可重复且相位相差90度的波形图。
图4为传统锁相源跳频时相位不可重复且相位相差180度的波形图。
图5为本发明中的宽带锁相源功能组成及工作原理图。
图6为本发明实施例提供的锁相源跳频时相位可重复的波形图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图5所示，本发明公开的一种相位可重复的宽带细步进锁相源，包括用于产生可重复细步进参考信号的参考电路，与参考电路相连用于产生相位可重复的宽带信号的锁相合成电路，以及与锁相合成电路相连用于产生多个倍频程的超宽带信号的扩频电路；所述参考电路也与扩频电路相连。
在本实施例中，所述参考电路包括参考时钟、控制器和高速D/A；其中，所述参考时钟与控制器、高速D/A和扩频电路均相连，参考时钟主要通过高频恒温晶体振荡器或声表振荡器实现，具有低相位噪声和低杂散的特点。所述控制器和高速D/A还与锁相合成电路相连；高速D/A主要用于实现数模转换，且具有输出信号频率较高的特点，控制器需要和参考时钟相连，其主要目的为了在高速D/A产生模拟信号跳频时能够实现同步，同步的一个重要特性就是实现细步进参考信号产生电路在跳频时的相位可重复。
高速D/A输出直接和锁相合成电路中的鉴相及反馈分频器相连，作为锁相合成电路的可变参考信号，该可变参考信号具备相位可重复功能。
在本实施例中，所述锁相合成电路包括依次连接的鉴相及反馈分频器、环路滤波器、压控振荡器和耦合器；其中，所述耦合器的输出端还与鉴相及反馈分频器和扩频电路相连，所述鉴相及反馈分频器的输入端与控制器和高速D/A均相连。锁相合成电路主要实现将频率较低的可变参考信号倍频到高频率信号的功能。倍频时，信号的相位可重复。锁相环环内的N分频器，采用整数N分频器，因此相位是可重复的。
其中，鉴相及反馈分频器实现对耦合器耦合端信号进行分频并和参考信号进行鉴相比较的功能。采用一个倍频程输出的压控振荡器，锁相合成电路便可以实现相位可重复的输出信号频率达到一个倍频程的宽带细步进信号的产生。
在本实施例中，所述扩频电路包括第一开关、第二开关、信号调理电路、混频器、滤波器组和倍频电路；所述第一开关输入端与耦合器的输出相连，所述第一开关的输出端与第二开关和混频器相连，所述混频器的输出端与滤波器组相连，所述滤波器组的输出端与第二开关相连，所述第二开关的输出端与信号调理电路相连；所述倍频电路的输入端与参考时钟的输出端相连，所述倍频电路的输出端与混频器相连。
其中，倍频电路实现偏移点频信号的产生，偏移点频信号和锁相合成电路产生的信号进行混频，产生从DC到锁相合成电路所能产生的最低频率的宽带信号，通过第一开关和第二开关选择合路后，再经过信号调理电路后输出。
请参阅图5在本实施例中，锁相源最终输出频率可覆盖的频率范围为DC~20GHz。
在本实施例中，参考时钟选用低相噪恒温晶振，高速D/A选用AD9164，控制器选用FPGA，鉴相及反馈分频器选用ADF41513，环路滤波器采用由运放构成的有源反向积分电路，压控振荡器选用HMC733，耦合器采用微带线平行耦合，混频器选用HMC773，第一开关和第二开关采用PIN二极管搭建，信号调理电路采用放大器IPA-0020-21和数控衰减器BW163搭建，倍频电路采用低相噪倍频模块。
根据实施例得到的相位可重复信号，其实际测试效果如图6所示，可以看出两条曲线完全重合，本发明实现了相位可重复这一功能。
经过实施例的多次验证测试，本实施例中的锁相源输出信号相位均可重复，解决了雷达系统中锁相源跳频时相位不可重复的问题，此方法适合大规模推广应用。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种相位可重复的宽带细步进锁相源，其特征在于，包括用于产生可重复细步进参考信号的参考电路，与参考电路相连用于产生相位可重复的宽带信号的锁相合成电路，以及与锁相合成电路相连用于产生多个倍频程的超宽带信号的扩频电路；所述参考电路也与扩频电路相连；
所述参考电路包括参考时钟、控制器和高速D/A；其中，所述参考时钟通过三个输出端分别与控制器的输入端、高速D/A的一个输入端和扩频电路的输入端相连；所述控制器的一个输出端还与高速D/A的另一个输入端相连；所述控制器的另一个输出端和高速D/A的输出端还与锁相合成电路的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种相位可重复的宽带细步进锁相源，其特征在于，所述锁相合成电路包括依次连接的鉴相及反馈分频器、环路滤波器、压控振荡器和耦合器；其中，所述耦合器的输出端还与鉴相及反馈分频器和扩频电路相连，所述鉴相及反馈分频器的输入端与控制器和高速D/A均相连。
3.根据权利要求2所述的一种相位可重复的宽带细步进锁相源，其特征在于，所述扩频电路包括第一开关、第二开关、信号调理电路、混频器、滤波器组和倍频电路；所述第一开关输入端与锁相合成电路的输出相连，所述第一开关的输出端与第二开关和混频器相连，所述混频器的输出端与滤波器组相连，所述滤波器组的输出端与第二开关相连，所述第二开关的输出端与信号调理电路相连；所述倍频电路的输入端与参考时钟的输出端相连，所述倍频电路的输出端与混频器相连。
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