CN116865750A - 宽带捷变频频率获取方法及合成器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及信号合成领域，其包括宽带捷变频频率获取方法及合成器，包括：中频信号发生器，用于产生中频信号；高频信号发生器，用于产生高频信号；混频器，用于将中频信号和高频信号进行混合，生成第一输出频率信号和第二输出频率信号；所述第一输出频率信号为高频信号的频率减去中频信号的频率；所述第二输出频率信号为高频信号的频率加上中频信号的频率。本申请具有集成度高，结构简单，体积小，重量轻，成本低的效果。
Description
技术领域
本申请涉及信号合成的领域，尤其是涉及一种宽带捷变频频率获取方法及合成器。
背景技术
频率合成技术是将一个或多个参考频率经过各种数学运算变换成一个或多个合乎质量要求的所需频率的技术，运用合成技术实现频率合成的电路或产品称为频率合成器。它是现代通信系统必不可少的关键部件，被喻为许多电子系统的“心脏”，广泛应用于通信、雷达、电子对抗、航天航空等领域。目前，现有的宽带频率合成器大部分采用锁相方式实现，跳频时间长，都在µs级别。即使采用直接模拟合成或者混合式合成方式，用到的基准频率和高频频率信号也较多，相应的滤波器也多，即使使用直接数字式频率合成器DDS产生中频，用到的器件会减少一部分，但也会导致整个产品功耗高、体积大、重量大，成本高。
发明内容
为了解决宽带频率合成器功耗高、体积大、重量大，成本高的问题，本申请提供了一种宽带捷变频频率获取方法及合成器。
本申请提供的一种宽带捷变频频率合成器，采用如下的技术方案：
第一方面，提供一种宽带捷变频频率合成器，包括：
中频信号发生器，用于产生中频信号；
高频信号发生器，用于产生高频信号；
混频器，用于将中频信号和高频信号进行混合，生成第一输出频率信号和第二输出频率信号；所述第一输出频率信号为高频信号的频率减去中频信号的频率；所述第二输出频率信号为高频信号的频率加上中频信号的频率。
优选的，还包括：信号发生器，用于生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用。
优选的，所述信号发生器，包括：依次连接的锁相环、梳状谱信号发生器和滤波器；所述锁相环利用外部输入的参考频率信号进行锁相合成生成原始信号；所述梳状谱信号发生器利用所述原始信号的频率生成具有N次频率的所述宽带信号。
优选的，所述中频信号发生器，包括：依次连接的第一滤波器、第一放大器、第一五选一开关、第一滤波器组和第二五选一开关、分频器。
优选的，所述高频信号发生器，包括：依次连接的第二滤波器、第二放大器、第一二选一开关、第二滤波器组和第二二选一开关、第三放大器。
第二方面，还提供一种宽带捷变频频率获取方法，包括：
利用中频信号发生器生成中频信号；
利用高频信号发生器生成高频信号；
利用混频器将中频信号和高频信号进行混合，生成第一输出频率信号和第二输出频率信号；所述第一输出频率信号为高频信号的频率减去中频信号的频率；所述第二输出频率信号为高频信号的频率加上中频信号的频率。
优选的，还包括：利用信号发生器生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用。
优选的，所述利用信号发生器生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用，包括：
利用锁相环对外部输入的参考频率信号进行锁相合成生成原始信号；
利用梳状谱信号发生器对所述原始信号的频率生成具有N次频率的所述宽带信号。
优选的，所述利用中频信号发生器生成中频信号，包括：
利用依次连接的第一滤波器、第一放大器、第一五选一开关、第一滤波器组和第二五选一开关、分频器生成中频信号。
优选的，所述利用高频信号发生器生成高频信号，包括：
利用依次连接的第二滤波器、第二放大器、第一二选一开关、第二滤波器组和第二二选一开关、第三放大器生成高频信号。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、采用高频频率进行分频的方法，可以使滤波器的数量减少，从而减小了整个产品的体积，更加便于系统的集成和产品性能的拓展。
2、提出了一种新的混频频率选择技术，相比现有技术，减少了一半信号的产生数量和相应的滤波器。
附图说明
图1是一种宽带捷变频频率合成器的第一实施例图；
图2是一种宽带捷变频频率合成器的第二实施例图；
图3是信号发生器逻辑构成图；
图4是中频信号发生器逻辑构成图；
图5是高频信号发生器逻辑构成图；
图6是一种宽带捷变频频率获取方法步骤图；
图7是另一种宽带捷变频频率获取方法步骤图；
图8是宽带信号生成步骤图。
附图标记说明：1、中频信号发生器；2、高频信号发生器；3、混频器；4、信号发生器；11、第一滤波器；12、第一放大器；13、第一五选一开关；14、第一滤波器组；15、第二五选一开关；16、分频器；21、第二滤波器；22、第二放大器；23、第一二选一开关；24、第二滤波器组；25、第二二选一开关；26、第三放大器；41、锁相环；42、梳状谱信号发生器；43、滤波器。
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1-附图8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用以解释本申请，并不用于限定本申请。
术语解释：
梳妆谱信号发生器：可以输出具有固定频率和间隔的脉冲信号。它的输出信号频率之间呈现出类似于频率梳的等间距分布，因此得名为梳妆谱信号发生器。这种信号在频率和相位方面都具有非常高的精度和稳定性。主要用于频率标定、数字信号处理、光纤通信、医疗诊断等领域，具有非常广泛的应用前景。
混频器：是一种非线性电路，用于将两个或多个不同频率的信号混合并产生新的频率输出信号。它可以执行多个功能，如频率转换、信号变换、干扰抑制和谐波抑制等。在通信系统中，混频器通常用于将信号从一个频率转换到另一个频率，以便在通信的不同阶段中使用不同的频率带宽。此外，混频器还广泛应用于雷达、无线电和毫米波通信等领域，以实现信号调节和发生。
捷变频：是指在通信系统中用于实现信号变换的技术。通常情况下，捷变频指的是将输入信号的频率通过频率切换和混频等操作转换到不同的频率，然后再通过滤波等处理获得所需的信号。捷变频技术主要应用于无线通信系统中，特别是在射频（RF）领域。它可以用于信号调制、解调、频带选择和频谱扩展等关键功能。通过捷变频，可以实现频谱资源的高效利用、频率选择性接收和传输、信号之间的隔离和抑制等操作，从而提高通信系统的性能和灵活性。总之，捷变频将输入信号转换到不同的频率范围，以满足系统需求，并通过信号处理技术实现信号调节、干扰抑制和频谱扩展等功能。
本申请提供的一种宽带捷变频频率合成器，采用如下的技术方案：
第一方面，如图1所示，提供一种宽带捷变频频率合成器，包括：
中频信号发生器1，用于产生中频信号；
高频信号发生器2，用于产生高频信号；
混频器3，用于将中频信号和高频信号进行混合，生成第一输出频率信号和第二输出频率信号；所述第一输出频率信号为高频信号的频率减去中频信号的频率，作为一个边带信号；所述第二输出频率信号为高频信号的频率加上中频信号的频率，作为另一个边带信号，由此得到两个边带信号。而现有技术中，采用混频器获得的是单边带信号；而本申请的技术方案中，采用混频器获得的是双边带信号。第一输出频率信号的频率小于所述高频信号的频率，第二输出频率信号的频率大于所述高频信号的频率。在本实施例中，混频器采用的是乘法器来实现，将两个不同频率的信号通过相乘的方式，从而产生和两个频率和与差的新信号。例如，如下的两个信号，Signal 1= cos(ω1t+θ1) ，Signal 2= cos(ω2t+θ2)。经过混频器，两数据相乘：Signal 1* Signal 2 = cos(ω1t +θ1) * cos(ω2t +θ2) = 1/2cos(ω1t +ω2t +θ1+θ2) + 1/2cos(ω1t -ω2t +θ1-θ2)；从上式可知，混频之后产生了两个频率信号：1/2cos(ω1t +ω2t +θ1+θ2) 即上变频信号 f1+ f2；1/2cos(ω1t -ω2t +θ1-θ2) 即下变频信号 f1- f2；根据混频器的这个数学特性，我们可以采用两个频率边带都利用的方法，从而减少本振频率产生的数量和滤波器的数量。例如：中频频率fIF=3~4G，想要产生11~12G和18~19G的两个信号，现有的大部分技术采用fLO1=8G，fLO2=15G两个本振信号分别和中频进行混频，分别各自滤波后输出。而本申请中，通过使用一个本振fLO=15G，使用两个边带，即可产生11~12G和18~19G的两个信号，从而减少了一个本振的信号和相应的滤波器。混频完后的开关滤波器组采用定制芯片，里边集成四路滤波器和开关驱动器，实现了小型化。本申请提出了一种新的混频频率选择技术，相比现有技术，减少了一半信号的产生数量和相应的滤波器，本发明具有集成度高，结构简单，体积小，重量轻，成本低的优点。
优选的，如图2所示，还包括：信号发生器4，用于生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用。主要由锁相环、梳状谱信号发生器、滤波器等组成。锁相环对外部输入的参考频率进行锁相合成，合成后的输出给梳状谱发生器产生宽带信号，供后边的中频部分和高频部分选频使用。
优选的，如图3所示，所述信号发生器4，包括：依次连接的锁相环41、梳状谱信号发生器42和滤波器43；所述锁相环利用外部输入的参考频率信号进行锁相合成生成原始信号；所述梳状谱信号发生器利用所述原始信号的频率生成具有N次频率的所述宽带信号。
优选的，如图4所示，所述中频信号发生器1，包括：依次连接的第一滤波器11、第一放大器12、第一五选一开关13、第一滤波器组14、第二五选一开关15和分频器16。本申请的中频部分采用分频方式实现，没有采用多个点频信号产生器或者DDS的方式，也没有采用传统的梳状谱产生中频的办法，传统的方法由于中频频率低，导致滤波器体积很大，而本申请中采用高频频率进行分频的方法，可以使滤波器的体积大大缩小，从而减小了整个产品的体积，更加便于系统的集成和产品性能的拓展。本实施例中的中频信号发生器主要由滤波器、开关+滤波器组成的选频组合、分频器等组成。实现从梳状谱输出的宽带信号中选出7GHz～13GHz的信号，经过分频器后生成若干个点的中频频率fIF，中频频率带宽ΔIF，供后边的混频部分使用。
优选的，如图5所示，所述高频信号发生器2，包括：依次连接的第二滤波器21、第二放大器22、第一二选一开关23、第二滤波器组24、第二二选一开关25和第三放大器26。本实施例中，高频信号发生器主要由滤波器、开关、集成开关滤波器组、放大器等组成，实现从梳状谱输出的宽带信号宽带信号中选出12GHz～18GHz的信号，作为本振频率fLO，供后边的混频部分使用，本振的频率步进ΔLo，ΔLo=ΔIF。
本申请的宽带捷变频频率合成器除信号产生部分和电源及控制部分外，主要的电路均采用裸芯片实现，产品整体气密封，相比传统电路，大大减小了体积和重量，并且增加了可靠性。
第二方面，如图6所示，还提供一种宽带捷变频频率获取方法，包括：
S1:利用中频信号发生器生成中频信号；
S2:利用高频信号发生器生成高频信号；
S3:利用混频器将中频信号和高频信号进行混合，生成第一输出频率信号和第二输出频率信号；所述第一输出频率信号为高频信号的频率减去中频信号的频率；所述第二输出频率信号为高频信号的频率加上中频信号的频率。
优选的，如图7所示，还包括：S0：利用信号发生器生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用。
优选的，如图8所示，所述利用信号发生器生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用，包括：
S01：利用锁相环对外部输入的参考频率信号进行锁相合成生成原始信号；
S02：利用梳状谱信号发生器对所述原始信号的频率生成具有N次频率的所述宽带信号。
优选的，所述利用中频信号发生器生成中频信号，包括：
利用依次连接的第一滤波器、第一放大器、第一五选一开关、第一滤波器组和第二五选一开关、分频器生成中频信号。
优选的，所述利用高频信号发生器生成高频信号，包括：
利用依次连接的第二滤波器、第二放大器、第一二选一开关、第二滤波器组和第二二选一开关、第三放大器生成高频信号。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、采用高频频率进行分频的方法，可以使滤波器的体积大大缩小，从而减小了整个产品的体积，更加便于系统的集成和产品性能的拓展。
2、提出了一种新的混频频率选择技术，相比现有技术，减少了一半信号的产生数量和相应的滤波器。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (10)
1.一种宽带捷变频频率合成器，其特征在于，包括：
中频信号发生器，用于产生中频信号；
高频信号发生器，用于产生高频信号；
混频器，用于将中频信号和高频信号进行混合，生成第一输出频率信号和第二输出频率信号；所述第一输出频率信号为高频信号的频率减去中频信号的频率；所述第二输出频率信号为高频信号的频率加上中频信号的频率。
2.根据权利要求1所述的宽带捷变频频率合成器，其特征在于，还包括：信号发生器，用于生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用。
3.根据权利要求2所述的宽带捷变频频率合成器，其特征在于，所述信号发生器，包括：依次连接的锁相环、梳状谱信号发生器和滤波器；所述锁相环利用外部输入的参考频率信号进行锁相合成生成原始信号；所述梳状谱信号发生器利用所述原始信号的频率生成具有N次频率的所述宽带信号。
4.根据权利要求1所述的宽带捷变频频率合成器，其特征在于，所述中频信号发生器，包括：依次连接的第一滤波器、第一放大器、第一五选一开关、第一滤波器组、第二五选一开关和分频器。
5.根据权利要求1所述的宽带捷变频频率合成器，其特征在于，所述高频信号发生器，包括：依次连接的第二滤波器、第二放大器、第一二选一开关、第二滤波器组、第二二选一开关和第三放大器。
6.一种宽带捷变频频率获取方法，其特征在于，包括：
利用中频信号发生器生成中频信号；
利用高频信号发生器生成高频信号；
利用混频器将中频信号和高频信号进行混合，生成第一输出频率信号和第二输出频率信号；所述第一输出频率信号为高频信号的频率减去中频信号的频率；所述第二输出频率信号为高频信号的频率加上中频信号的频率。
7.根据权利要求6所述的宽带捷变频频率获取方法，其特征在于，还包括：利用信号发生器生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用。
8.根据权利要求7所述的宽带捷变频频率获取方法，其特征在于，所述利用信号发生器生成宽带信号，供所述中频信号发生器和高频信号发生器分别选频使用，包括：
利用锁相环对外部输入的参考频率信号进行锁相合成生成原始信号；
利用梳状谱信号发生器对所述原始信号的频率生成具有N次频率的所述宽带信号。
9.根据权利要求6所述的宽带捷变频频率获取方法，其特征在于，所述利用中频信号发生器生成中频信号，包括：
利用依次连接的第一滤波器、第一放大器、第一五选一开关、第一滤波器组和第二五选一开关、分频器生成中频信号。
10.根据权利要求6所述的宽带捷变频频率获取方法，其特征在于，所述利用高频信号发生器生成高频信号，包括：
利用依次连接的第二滤波器、第二放大器、第一二选一开关、第二滤波器组和第二二选一开关、第三放大器生成高频信号。
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