CN201114059Y

CN201114059Y - 宽带小步进频率合成器

Info

Publication number: CN201114059Y
Application number: CNU2007201026517U
Authority: CN
Inventors: 胡丽格; 杨志国
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2017-09-28

Abstract

本实用新型公开了一种宽带小步进频率合成器，它涉及通信领域中的微波信道本振源的频率合成器。它由小步进DDS电路、锁相环、压控振荡器、混频器、分频器、放大器、功分器、移相器、鉴相器、开关电路、扩捕扫描电路、环路滤波器、电源处理电路等部件组成。它通过串行接口进行频率控制，失锁告警指示采用TTL高电平；内部实现由小步进DDS、大步进锁相环及输出合环实现频率合成目的。本实用新型具有输出步进小、噪声低、频率范围宽、集成化程度高、性能稳定可靠、功耗低、结构简单的特点，能够在较恶劣环境下正常工作，特别适用作为卫星通信微波信道设备室内单元的本振源。

Description

宽带小步进频率合成器

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域中的一种宽带小步进频率合成器，特别适用于作为卫星通信微波信道室内单元的本振源。

背景技术

由于卫星通信的通信速率变化非常大，可用频带宽(对于C、Ku频段，通信带宽达500MHz)，因而为满足系统的通用性，信道设备的本振源必须具备小步进、宽带的特点，同时考虑到传输信道的性能，本振源还应具备低噪声的特性。目前卫星通信信道设备的本振源均不能满足小步进、宽带以及低噪声的信道要求。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种能作为微波信道设备本振源的宽带小步进频率合成器，本实用新型能够在较恶劣的环境(-25℃～+55℃)下正常工作，还具有输出步进小、噪声低、频率范围宽、集成化程度高、功耗低、调试简单、成本低等特点。

本实用新型的目的是这样实现的：它由小步进DDS电路1、锁相环2、环路滤波器3、11、压控振荡器4、15、移相器5、功分器6、放大器7、混频器8、鉴相器9、10、分频器12、扩捕扫描电路13、开关电路14、电源处理电路16组成，其中小步进DDS电路1入端1脚、锁相环2入端3脚与外部参考基准源入端口A连接，小步进DDS电路1入端2脚、锁相环2入端4脚、电源处理电路16入端4脚通过输入输出总线与外部监控电路出入端口B并接，小步进DDS电路1出端3脚与移相器5入端1脚连接，锁相环2出端1脚与环路滤波器3入端2脚连接，环路滤波器3出端1脚与压控振荡器4入端3脚连接，压控振荡器4出端2脚与锁相环2入端2脚连接，压控振荡器4出端1脚与混频器8入端3脚连接，混频器8出端2脚与放大器7入端2脚连接，放大器7出端1脚与功分器6入端3脚连接，功分器6出端1脚与鉴相器10入端2脚连接，功分器6出端2脚与鉴相器9入端2脚连接，移相器5出端2脚与鉴相器10入端1脚连接，移相器5出端3脚与鉴相器9入端1脚连接，鉴相器10出端3脚与环路滤波器11入端2脚连接，环路滤波器11出端1脚与开关电路14入端2脚连接，鉴相器9出端3脚与扩捕扫描电路13入端1脚连接，扩捕扫描电路13出端2脚与开关电路14入端1脚连接，开关电路14出端3脚与压控振荡器15入端1脚连接，压控振荡器15出端2脚与分频器12入端1脚连接，分频器12出端2脚与混频器8入端1脚连接，压控振荡器15出端3脚与输出端口C连接，电源处理电路16出端1、2、3脚分别输出+V1、+V2、+V3电压与各部件相应电源端并接。

本实用新型的目的还可以通过以下措施达到：

本实用新型小步进DDS电路1由滤波器17、放大器18、DDS电路19、三极管V1组成，其中参考基准源入端口A与电容器C1一端连接，电容器C1另一端与电阻器R2一端、三极管V1基极并接，电阻器R1一端与电源处理电路16出端3脚+V3电压连接、另一端与电阻器R2另一端、电感器L1一端连接，电感器L1另一端与三极管V1集电极、电容器C2一端连接，三极管V1发射极接地端，电容器C2另一端与滤波器17入端3脚连接，滤波器17入端1、2、4、5脚接地端，滤波器17出端6脚与电容器C3一端连接，电容器C3另一端与放大器18入端2脚连接，电阻器R3一端与电源处理电路16出端3脚+V3电压、电阻器R4一端并接，另一端与电阻器R4另一端、电感器L2一端连接，电感器L2另一端与放大器18入端1脚连接，放大器18入端3脚接地端，放大器18出端4脚与电容器C4一端连接，电容器C4另一端与DDS电路19入端9脚连接，DDS电路19出端12脚与电阻器R5一端并接，电阻器R5另一端接地端，DDS电路19出端20脚与电阻器R6一端并接，电阻器R6另一端接地端，DDS电路19入端3、4脚与电源处理电路16出端3脚+V3电压连接，DDS电路19入端7、8、25脚与监控电路出入端口B连接，DDS电路19出端21脚与电阻器R7一端、电阻器R8一端并接，电阻器R7另一端与电阻器R9一端、地端并接，电阻器R8另一端与电阻器R9另一端、移相器5入端1脚并接。

本实用新型电源处理电路16由电源调整器20、22、运算放大器23、场效应管21、24、稳压管V2、电位器RP1、RP2、RP3组成，其中监控电路出入端口B与电源调整器20入端4脚连接，电源调整器20入端2、3脚接地端，电源调整器20出端1脚与电阻器R10一端、电阻器R11一端、电容器C5一端并接，电阻器R10另一端与电位器RP1一端及抽头端并接，电位器RP1另一端接地端，电源调整器20出端5脚与电阻器R11另一端、电容器C5另一端、电容器C6一端、电阻器R12一端、运算放大器23入端8脚、场效应管21入端2脚、电源处理电路16出端1脚+V1电压并接，电容器C6另一端接地端，电阻器R12另一端与稳压管V2负端、电阻器R13一端并接，稳压管V2正端接地端，电阻器R13另一端与电容器C7一端、运算放大器23入端3脚并接，电容器C7另一端接地端，运算放大器23入端2脚与电容器C8一端、电位器RP3抽头端并接，电容器C8另一端与运算放大器23出端1脚、场效应管21入端1脚并接，场效应管21出端3脚与电阻器R14一端、电容器C9一端、电源处理电路16出端2脚+V2电压并接，电阻器R14另一端与电位器RP3一端连接，电位器RP3另一端与电阻器R15一端连接，电阻器R15另一端接地端，电容器C9另一端接地端，监控电路出入端口B与电源调整器22入端4脚连接，电源调整器22入端2、3脚接地端，电源调整器22出端1脚与电阻器R16一端、电阻器R17一端、电容器C10一端并接，电阻器R16另一端与电位器RP2一端及抽头端并接，电位器RP2另一端接地端，电源调整器22出端5脚与电阻器R17另一端、电容器C10另一端、电容器C11一端、电阻器R18一端、场效应管24入端7脚并接，电容器C11另一端接地端，电阻器R18另一端与电阻器R19一端、电容器C12一端、运算放大器23入端5脚并接，电阻器R19另一端接地端，电容器C12另一端接地端，运算放大器23入端6脚与电容器C13一端、电阻器R20一端并接，电容器C13另一端与运算放大器23出端7脚、场效应管24入端2脚并接，运算放大器23入端4脚接地端，电阻器R20另一端与场效应管24出端1脚、电容器C14一端、电源处理电路16出端3脚+V3电压并接，电容器C14另一端接地端。

本实用新型与背景技术相比有如下优点：

1.本实用新型采用小步进DDS电路1，通过DDS技术实现了极小的频率步进，避免了使用锁相环分频比过高而造成合成器输出相位噪声恶化的现象；采用电源处理电路16，通过电源二次处理解决了外部电源干扰对锁相环输出噪声的影响，使频率合成器能够在恶劣的电源环境中仍能正常工作。

2.本实用新型集成化程度高，功耗低，调试工作量小，能够在较恶劣的环境温度(-25℃～+55℃)下正常工作。

3.本实用新型结构紧凑，成本低，具有推广应用价值。

附图说明

图1是本实用新型的原理方框图。

图2是本实用新型小步进DDS电路1的电原理图。

图3是本实用新型电源处理电路16的电原理图。

具体实施方式

参照图1至图3，本实用新型由小步进DDS电路1、锁相环2、环路滤波器3、11、压控振荡器4、15、移相器5、功分器6、放大器7、混频器8、鉴相器9、10、分频器12、扩捕扫描电路13、开关电路14、电源处理电路16组成，图1是本实用新型实施例的电原理方框图，实施例按图1连接线路。其中锁相环2、环路滤波器3、压控振荡器4构成大步进输出的频率合成器。锁相环2的入端3脚与10MHz的参考基准信号入端口A连接，锁相环2的出入端4脚通过输入输出总线与外部监控电路出入端口B连接，用于设置本实用新型频率合成器的频率并向外传送锁定信息。通过采用相对大的鉴相频率，降低了程序分频比，提高了自身的输出相位噪声性能，实施例锁相环2采用市售专用的锁相环集成电路PE3240、环路滤波器3采用市售专用的低噪声运算放大器OP-27G、压控振荡器4采用专用压控振荡器400-580MHz制作。

本实用新型分频器12完成相应输入频率的1/4分频，实施例分别采用市售为HMC433集成器件制作；混频器8其作用是实现输入射频信号与输入本振信号相减，实施例采用LRMS-30J混频器制作。放大器7其作用是对混频器8出端2脚输出的中频信号进行幅度放大以提高信号电平，实施例它采用双级级联放大，器件分别采用市售单片集成放大器GALI-21和GALI-4F制作。功分器6其作用是将输入信号分为两路分别送入鉴相器9、10，实施例采用市售SD-2集成器件制作。鉴相器9、10其作用是分别完成同步鉴相和正交鉴相，实施例分别采用市售SMD-K1集成器件制作。移相器5其作用是输出一路相位为0°、一路经90°移相的信号分别送入鉴相器9、10，实施例采用市售SMQ-C08集成器件制作。环路滤波器11其作用是对鉴相器10输出电压进行滤除高频成分，消除电压纹波对输出噪声的影响，实施例采用低噪声运算放大器OP-27G制作。压控振荡器15其作用是直接振荡输出所需射频信号，实施例采用专用1.7～2.4GHz的VCO制作。扩捕扫描电路13其作用是当设备初始加电或输出频率更改时，产生锯齿波扫描电压通过开关电路14作用在压控振荡器15入端1脚，驱使压控振荡器15输出频率变化，直至落入鉴相器10的鉴相范围，完成相位的锁定，实施例采用通用运算放大器LM258、三极管2N3904、2N3906制作。开关电路14其作用是完成两路信号的切换，实施例采用市售二极管F4148、三极管2N3904、场效应管3DJ7H制作。

本实用新型小步进DDS电路1由滤波器17、放大器18、DDS电路19、三极管V1组成。图2是本实用新型小步进DDS电路1的电原理图，实施例按图2连接线路。输入端口A与外部参考基准源连接，三极管V1基极与电容器C1的一端连接，发射极与电容器C2的一端连接，其作用是实现信号的倍频，产生需要的谐波成分，实施例采用市售2SC3356型三极管制作。滤波器17入端3脚与电容器C2一端连接，入端6脚与电容器C3一端连接，其作用是滤除倍频信号不需要的谐波成分，留下需要的谐波成分，实施例采用专用声表滤波器CF-100制作。放大器18其作用是放大信号电平，使信号电平达到DDS电路19所需电平，实施例采用双级级联放大，器件分别采用市售单片集成放大器GALI-21和GALI-4F制作。DDS电路19其作用是实现小步进的信号输出，实施例采用市售DDS芯片AD9850完成。电阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、电容器C1、C2、C3、C4、电感器L1、L2采用市售通用电阻器、电容器、电感器制作。

本实用新型电源处理电路16其作用提供各级部件直流工作电压，它由电源调整器20、22、运算放大器23、场效应管21、24、稳压管V2、电位器RP1、RP2、RP3组成。图3是本实用新型电源处理电路16的电原理图，实施例按图3连接线路。其中外部+15V电源由外部监控电路出入端口B输入，外部监控电路出入端口B与电源调整器20的输入4脚连接，电源调整器20出端1脚与电阻器R10一端、电阻器R11一端、电容器C5一端并接，电阻器R10另一端与电位器RP1一端及抽头端并接，电位器RP1另一端接地端，电源调整器20出端5脚与电阻器R11另一端、电容器C5另一端、电容器C6一端、电阻器R12一端、运算放大器23入端8脚、场效应管21入端3脚、输出端口+V1电压并接，电源调整器20其作用是实现稳压可调电压输出，通过调整电位器RP1使输出端口+V1输出稳定的+14.5V电压，实施例采用市售芯片LM2941T制作。运算放大器23入端8脚与电源调整器20出端5脚并接，入端2脚与电容器C8一端、电位器RP3抽头端并接，运算放大器23出端1脚与电容器C8另一端、场效应管21入端1脚并接，场效应管2 1出端3脚与电阻器R14一端、电容器C9一端、输出端口+V2电压并接，电阻器R14另一端与电位器RP3一端连接，电位器RP3另一端与电阻器R15一端连接，电阻器R15另一端接地端，这部分的作用是通过调整电位器RP3使输出端口+V2输出稳定的+12.3V电压，运算放大器23实施例采用通用市售芯片LM293制作，场效应管21实施例采用通用市售芯片IRF7309制作。外部+5V电源由监控电路出入端口B输入，监控电路出入端口B与电源调整器22的输入4脚连接，电源调整器22出端1脚与电阻器R16一端、电阻器R17一端、电容器C10一端并接，电阻器R16另一端与电位器RP2一端及抽头端并接，电位器RP2另一端接地端，电源调整器22出端5脚与电阻器R17另一端、电容器C10另一端、电容器C11一端、电阻器R18一端、场效应管24入端7脚并接，电容器C11另一端接地端，电阻器R18另一端与电阻器R19一端、电容器C12一端、运算放大器23入端5脚并接，电阻器R19另一端接地端，电容器C12另一端接地端，运算放大器23入端6脚与电容器C13一端、电阻器R20一端并接，电容器C13另一端与运算放大器23出端7脚、场效应管24入端2脚并接，运算放大器23的4脚接地端，电阻器R20另一端与场效应管24出端1脚、电容器C14一端、输出端口+V3电压并接。这部分电路的作用是通过调整电位器RP2使输出端口+V3输出稳定的+4.5V电压，电源调整器22实施例采用市售芯片LM2941T制作，场效应管24实施例采用市售芯片J200制作，稳压管V2是实施例采用市售2CW54制作，电位器RP1、RP2、RP3采用市售500Ω可调电位器制作。电阻器R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、电容器C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14采用市售通用电阻器、电容器、电感器制作。

本实用新型简要工作原理如下：采用串行接口控制，小步进DDS电路1、锁相环2入端1脚外接入端口A输入参考基准源，通过小步进DDS电路1和锁相环2的作用，使输出射频信号获得与参考基准源相同的频率稳定度。首先接通电源，入端口B通过监控电路设置输出频率，小步进DDS电路1输出信号、锁相环2锁定，压控振荡器15一路输出经1/4分频器12与压控振荡器4输出在混频器8相减，输出差频经放大器7将信号电平提高后同样送入功分器6，功分器6两路输出信号分别送入鉴相器9和鉴相器10；小步进DDS电路1输出信号，送入移相器9，移相器9输出相位为0°和90°的两路信号分别送入鉴相器9和鉴相器10；当压控振荡器15输出频率与设置频率相距较大时，鉴相器9送出一个控制信号触发扩捕扫描电路13，开关电路14的入端1、3脚接通，驱使压控振荡器15输出频率跳变，当其频率接近设置频率时，鉴相器9输出一个控制信号关断扩捕扫描电路13，首先完成频率的快捕，并同时接通开关电路14的入端1、2脚，再完成相位的锁定，此时合成器进入正常工作状态并保持稳定的输出频率。通过改变串行控制接口对小步进DDS电路和锁相环2的置数，使频率合成器以小步进在宽带范围内输出。

本实用新型的安装结构如下：把图1至图3中全部电路元器件双面贴装在一块长×宽为145×158毫米的双面印制板上，屏蔽盒体采用上、下双层、多槽区结构，通过电路板上的通孔将其夹在中间，既实现电磁信号的空间隔离，又方便于射频信号的就近接地，再通过上盖板实现结构的密封。输入参考基准源端口A及输出射频信号端口C采用两个SMA-F电缆头连接，监控电路出入端口B、电源线、告警线通过一个DB-15芯的电缆连接器连接，组装成本实用新型。

Claims

1.一种由锁相环(2)、环路滤波器(3)、(11)、压控振荡器(4)、(15)、移相器(5)、功分器(6)、放大器(7)、混频器(8)、鉴相器(9)、(10)、分频器(12)、扩捕扫描电路(13)、开关电路(14)组成的宽带小步进频率合成器，其特征在于：还有小步进DDS电路(1)、电源处理电路(16)组成，其中小步进DDS电路(1)入端1脚、锁相环(2)入端3脚与外部参考基准源入端口A连接，小步进DDS电路(1)入端2脚、锁相环(2)入端4脚、电源处理电路(16)入端4脚通过输入输出总线与外部监控电路出入端口B并接，小步进DDS电路(1)出端3脚与移相器(5)入端1脚连接，锁相环(2)出端1脚与环路滤波器(3)入端2脚连接，环路滤波器(3)出端1脚与压控振荡器(4)入端3脚连接，压控振荡器(4)出端2脚与锁相环(2)入端2脚连接，压控振荡器(4)出端1脚与混频器(8)入端3脚连接，混频器(8)出端2脚与放大器(7)入端2脚连接，放大器(7)出端1脚与功分器(6)入端3脚连接，功分器(6)出端1脚与鉴相器(10)入端2脚连接，功分器(6)出端2脚与鉴相器(9)入端2脚连接，移相器(5)出端2脚与鉴相器(10)入端1脚连接，移相器(5)出端3脚与鉴相器(9)入端1脚连接，鉴相器(10)出端3脚与环路滤波器(11)入端2脚连接，环路滤波器(11)出端1脚与开关电路(14)入端2脚连接，鉴相器(9)出端3脚与扩捕扫描电路(13)入端1脚连接，扩捕扫描电路(13)出端2脚与开关电路(14)入端1脚连接，开关电路(14)出端3脚与压控振荡器(15)入端1脚连接，压控振荡器(15)出端2脚与分频器(12)入端1脚连接，分频器(12)出端2脚与混频器(8)入端1脚连接，压控振荡器(15)出端3脚与输出端口C连接，电源处理电路(16)出端1、2、3脚分别输出+V1、+V2、+V3电压与各部件相应电源端并接。

2.根据权利要求1所述的宽带小步进频率合成器，其特征在于：小步进DDS电路(1)由滤波器(17)、放大器(18)、DDS电路(19)、三极管V1组成，其中参考基准源入端口A与电容器C1一端连接，电容器C1另一端与电阻器R2一端、三极管V1基极并接，电阻器R1一端与电源处理电路(16)出端3脚+V3电压连接、另一端与电阻器R2另一端、电感器L1一端连接，电感器L1另一端与三极管V1集电极、电容器C2一端连接，三极管V1发射极接地端，电容器C2另一端与滤波器(17)入端3脚连接，滤波器(17)入端1、2、4、5脚接地端，滤波器(17)出端6脚与电容器C3一端连接，电容器C3另一端与放大器(18)入端2脚连接，电阻器R3一端与电源处理电路(16)出端3脚+V3电压、电阻器R4一端并接，另一端与电阻器R4另一端、电感器L2一端连接，电感器L2另一端与放大器(18)入端1脚连接，放大器(18)入端3脚接地端，放大器(18)出端4脚与电容器C4一端连接，电容器C4另一端与DDS电路(19)入端9脚连接，DDS电路(19)出端12脚与电阻器R5一端并接，电阻器R5另一端接地端，DDS电路(19)出端20脚与电阻器R6一端并接，电阻器R6另一端接地端，DDS电路(19)入端3、4脚与电源处理电路(16)出端3脚+V3电压连接，DDS电路(19)入端7、8、25脚与监控电路出入端口B连接，DDS电路(19)出端21脚与电阻器R7一端、电阻器R8一端并接，电阻器R7另一端与电阻器R9一端、地端并接，电阻器R8另一端与电阻器R9另一端、移相器(5)入端1脚并接。

3.根据权利要求1或2所述的宽带小步进频率合成器，其特征在于：电源处理电路(16)由电源调整器(20)、(22)、运算放大器(23)、场效应管(21)、(24)、稳压管V2、电位器RP1、RP2、RP3组成，其中监控电路出入端口B与电源调整器(20)入端4脚连接，电源调整器(20)入端2、3脚接地端，电源调整器(20)出端1脚与电阻器R10一端、电阻器R11一端、电容器C5一端并接，电阻器R10另一端与电位器RP1一端及抽头端并接，电位器RP1另一端接地端，电源调整器(20)出端5脚与电阻器R11另一端、电容器C5另一端、电容器C6一端、电阻器R12一端、运算放大器(23)入端8脚、场效应管(21)入端2脚、电源处理电路(16)出端1脚+V1电压并接，电容器C6另一端接地端，电阻器R12另一端与稳压管V2负端、电阻器R13一端并接，稳压管V2正端接地端，电阻器R13另一端与电容器C7一端、运算放大器(23)入端3脚并接，电容器C7另一端接地端，运算放大器(23)入端2脚与电容器C8一端、电位器RP3抽头端并接，电容器C8另一端与运算放大器(23)出端1脚、场效应管(21)入端1脚并接，场效应管(21)出端3脚与电阻器R14一端、电容器C9一端、电源处理电路(16)出端2脚+V2电压并接，电阻器R14另一端与电位器RP3一端连接，电位器RP3另一端与电阻器R15一端连接，电阻器R15另一端接地端，电容器C9另一端接地端，监控电路出入端口B与电源调整器(22)入端4脚连接，电源调整器(22)入端2、3脚接地端，电源调整器(22)出端1脚与电阻器R16一端、电阻器R17一端、电容器C10一端并接，电阻器R16另一端与电位器RP2一端及抽头端并接，电位器RP2另一端接地端，电源调整器(22)出端5脚与电阻器R17另一端、电容器C10另一端、电容器C11一端、电阻器R18一端、场效应管(24)入端7脚并接，电容器C11另一端接地端，电阻器R18另一端与电阻器R19一端、电容器C12一端、运算放大器(23)入端5脚并接，电阻器R19另一端接地端，电容器C12另一端接地端，运算放大器(23)入端6脚与电容器C13一端、电阻器R20一端并接，电容器C13另一端与运算放大器(23)出端7脚、场效应管(24)入端2脚并接，运算放大器(23)入端4脚接地端，电阻器R20另一端与场效应管(24)出端1脚、电容器C14一端、电源处理电路(16)出端3脚+V3电压并接，电容器C14另一端接地端。