CN201499145U

CN201499145U - 毫米波频率源

Info

Publication number: CN201499145U
Application number: CN 200920307931
Authority: CN
Inventors: 廖梁兵; 邓贤进; 刘杰; 吴尚昀
Original assignee: Institute of Electronic Engineering of CAEP
Current assignee: Institute of Electronic Engineering of CAEP
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2019-08-13

Abstract

本实用新型涉及频率变换技术，特别涉及毫米波信号发生器。本实用新型针对现有技术毫米波频率源相位噪声大，近端杂散恶化严重的缺点，公开了一种采用混频技术进行频率变换，输出毫米波的频率源。本实用新型的技术方案是，毫米波频率源，其特征在于，包括振荡器、混频器、第一频率支路和第二频率支路，所述第一频率支路和第二频率支路输入端分别与振荡器连接，输出端与混频器连接，所述混频器输出端为所述毫米波频率源的输出端；所述混频器输出端连接有滤波器。本实用新型用于毫米波系统，如下变频器等，能够减少相同相位噪声，降低近端杂散恶化，提升系统性能。

Description

毫米波频率源

技术领域

本实用新型涉及频率变换技术，特别涉及毫米波信号发生器。

背景技术

波长介于1～10mm的电磁通常称为毫米波，其对应的频率范围为30～300GHz，根据频率从高到低可依次划分为Ka、U、E、W、D等等波段。毫米波的飞速发展是由其本身固有的特点所确定的，它具有以下几个特点：

(1)与微波相比，毫米波频率高、波长短、带宽宽、多普勒频移大。波长短，因而其设备体积小，重量轻，机动性好，同时制造精度也要求严格，成本较高；对相同口径的天线，毫米波更容易实现窄波束、高增益，从而可使雷达系统的多目标鉴别能力增强，多径效应和地杂波的干扰小；直线传播性能好，绕射小，可以减小对其他通信设备的干扰。多普勒频移大，可以提高对低速运动物体的探测和识别能力。

(2)毫米波能够穿透电离层，具有独特的大气衰减特性。在整个毫米波频段有四个传播衰减相对较小的大气“窗口”，分别以35，94，140，和220GHz为中心频率，对应带宽分别为16，23，26和70GHz。可实现中等距离的多路通信和电视图像传输，且传输速率高，有利于实现低截获概率通信，如扩频通信和跳频通信。同时，它又有三个强衰减频段，分别以60，120，180GHz为中心频率，为军用保密通信和雷达隐藏工作提供了相对较好的条件。

(3)毫米波的传输受恶劣环境条件影响较小，可以穿透烟尘、云雾等环境，可以弥补红外和激光系统所面临的不足。毫米波技术的研究工作主要围绕军用系统的研制展开。由于其具有波长短、频率高、带宽宽、多普勒频移大、隐蔽性好、抗干扰能力强、穿透性好等特点，已被广泛应用于大容量通信以及高分辨率雷达信息获取等方面，特别是在军事领域有着广阔的应用前景，世界各主要发达国家都把毫米波频段技术的开发研究作为其军事电子技术发展的重要内容之一。毫米波技术已经被广泛的应用于雷达与制导系统、电子对抗、毫米波通信等方面，还可以用于测量雷达、海岸警戒、障碍回避、自动防撞、引信、地形测绘、气象研究以及卫星遥感、受控核聚变能源工程以及信息交换系统等领域。

在毫米波系统中，毫米波频率源是一个重要组成部分，它的技术指标在很大程度上决定了系统的性能。通常，频率源的频率稳定度对毫米波系统的稳定性有着较大的影响，频率源的相位噪声特性对毫米波接收机的灵敏度、通信系统的误码率、雷达系统的分辨率等性能具有较大的决定作用。为了充分发挥毫米波的优点，就要求频率源具有高稳定度、低相位噪声等特性。所以研究毫米波频率源对实现高性能毫米波系统意义重大。

现有技术的毫米波频率源一般是将微波频率倍频到毫米波频段。图1示出了现有技术的毫米波频率源典型电路框图。图中振荡器产生的20MHz微波频率，经过锁相环1、滤波器1及频率合成器(或称为直接数字频率合成器，英文缩写为：DDS)组成的频率变换电路，得到95～100MHz的频率，再经过滤波器2、锁相环2二次变频，频率达到9.5～10GHz，最后经过滤波器3和4倍频器进行4倍频，直接输出38～40GHz的Ka波段微波频率。这种毫米波频率源的最大缺点是，由于采用倍频输出，相位噪声和近端杂散恶化比较大。实际测试发现，其相位噪声水平为-80dBc/Hz@10kHz，近端杂散则以20logN恶化(N为倍频系数)。其应用于毫米波下变频器等系统，难以保证系统获得更好的相位噪声指标

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是针对现有技术毫米波频率源相位噪声大，近端杂散恶化严重的缺点，提供一种采用混频技术进行频率变换，输出毫米波的频率源。

本实用新型解决所述技术问题，采用的技术方案是，毫米波频率源，其特征在于，包括振荡器、混频器、第一频率支路和第二频率支路，所述第一频率支路和第二频率支路输入端分别与振荡器连接，输出端与混频器连接，所述混频器输出端为所述毫米波频率源的输出端；

进一步的，所述混频器输出端连接有滤波器；

具体的，所述第一频率支路由第一锁相环、第一滤波器、频率合成器、第二锁相环及第二滤波器依次串联构成；

具体的，所述频率合成器采用ADI公司的DDS芯片AD9910；

具体的，所述第二频率支路由第三锁相环、第四锁相环、倍频器及第三滤波器依次串联构成；

优选的，所述倍频器为二倍频器；

优选的，所述振荡器为恒温晶体振荡器；

具体的，所述毫米波频率源为Ka波段频率源，所述恒温晶体振荡器输出频率为100MHz。

本实用新型的有益效果是，由于采用混频实现频谱搬移，减少了相位噪声，降低了近端杂散恶化，明显的提高了相位噪声指标。经过实验测试，相位噪声达-87dBc/Hz@10kHz，提高了7dB，将其应用毫米波系统，能够明显提升系统性能。

附图说明

图1是现有技术的毫米波频率源结构框图；

图2是本实用新型实施例的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。

本实用新型的毫米波频率源，摒弃了传统的变频实现方式，采用混频器进行频谱搬移，从电路结构上保证了频率源的相位噪声指标，特别是选用高品质的器件，配合电路设计的优化，明显的提高了相位噪声指标，应用与毫米波下变频器等系统，能够明显提升系统性能。

实施例

本例毫米波频率源电路结构如图2所示，图中振荡器10输出的100MHz频率信号分成两路，分别输入第一频率支路和第二频率支路。经过第一频率支路和第二频率支路进行频率变换后，再将两路信号输入混频器40进行频谱搬移，最后得到的输出信号fo是频率为39.5～40GHz的毫米波信号。

图2中，第一频率支路由第一锁相环1、第一滤波器11、频率合成器20、第二锁相环2和第二滤波器12依次串联构成。100MHz频率信号经过第一频率支路处理后，输出11.5～12GHz频率信号。信号变换过程如图2所示，分别从100MHz变换为1GHz，再变为115～120MHz，最后得到11.5～12GHz频率信号。本例中的频率合成器20采用的DDS芯片是ADI公司最新推出的DDS芯片AD9910，它的两个突出优点是：1)发热量很小，在20℃，上电一小时后，芯片只是微热，这是极为突出的优点，明显提高了系统的指标和可靠性。2)杂散性能很好。AD9910是ADI公司最新推出的性能最好的DDS芯片，它采用了独特的Spurkiller技术，大大的减少了杂散，其近端杂散性能达-90dBc(比普通的AD9858提高了15dB)，由于杂散性能优秀，在AD9910后不需要再加入滤波器，这大大的简化了设计、降低了成本、利于实现小型化(因为体积较小)。图2中的第二锁相环2采用的鉴相器芯片是hittite公司最新的鉴相器芯片HMC698LP5，与其他同类鉴相器芯片相比，它的优点是：1)相位噪声性能好，当鉴相频为100MHz时，其单边带相噪为：-153dBc/Hz@10kHz。比同类性能最好的鉴相器芯片提高了3dB。2)采用直接编程模式，大大降低了设计难度。常规的鉴相器芯片是采用单片机控制，但是采用单片机控制增大了系统的设计难度、增大了系统体积、降低了可靠性。而HMC698LP5采用直接编程模式(即通过设置相应引脚的高低电平来进行控制)，这大大降低了系统的设计难度(使控制鉴相器芯片十分简单)、大大减少了系统体积(利于达到小型化)、增加了可靠性。

图2中，第二频率支路由第三锁相环3、第四锁相环4、二倍频器30及第三滤波器13依次串联构成，其信号变换过程是100MHz频率信号经过第三锁相环3和第四锁相环4得到14GHz频率信号，再经过二倍频器30和第三滤波器13输出28GHz频率信号。

图2中，第一频率支路输出的11.5～12GHz频率信号与第二频率支路输出的28GHz频率信号被送入混频器40，混频后输出39.5～40GHz的毫米波信号，该信号经过滤波器14(带通滤波器)滤除带外干扰信号，进一步提高输出信号的质量。

本例毫米波频率源输出信号频率为39.5～40GHz，处于毫米波的Ka波段，其振荡器10选用频率为100MHz的恒温晶体振荡器，具有频率稳定度高，温度漂移低的特点。

Claims

1.毫米波频率源，其特征在于，包括振荡器、混频器、第一频率支路和第二频率支路，所述第一频率支路和第二频率支路输入端分别与振荡器连接，输出端与混频器连接，所述混频器输出端为所述毫米波频率源的输出端。

2.根据权利要求1所述的毫米波频率源，其特征在于，所述混频器输出端连接有滤波器。

3.根据权利要求1或2所述的毫米波频率源，其特征在于，所述第一频率支路由第一锁相环、第一滤波器、频率合成器、第二锁相环及第二滤波器依次串联构成。

4.根据权利要求3所述的毫米波频率源，其特征在于，所述频率合成器采用ADI公司的DDS芯片AD9910。

5.根据权利要求3所述的毫米波频率源，其特征在于，所述第二频率支路由第三锁相环、第四锁相环、倍频器及第三滤波器依次串联构成。

6.根据权利要求5所述的毫米波频率源，其特征在于，所述倍频器为二倍频器。

7.根据权利要求3所述的毫米波频率源，其特征在于，所述振荡器为恒温晶体振荡器。

8.根据权利要求7所述的毫米波频率源，其特征在于，所述毫米波频率源为Ka波段频率源，所述恒温晶体振荡器输出频率为100MHz。

9.根据权利要求1或2所述的毫米波频率源，其特征在于，所述振荡器为恒温晶体振荡器。

10.根据权利要求9所述的毫米波频率源，其特征在于，所述毫米波频率源为Ka波段频率源，所述恒温晶体振荡器输出频率为100MHz。