CN202218217U - 低相位噪声源 - Google Patents

Abstract

一种低相位噪声源，包括压控晶振锁相源、由第一功分器、第一低噪声放大器、10MHz倍频器、第二功分器、第四低噪声放大器构成的高频输出单元和低噪声倍频链，压控晶振锁相源的5MHz、100MHz的时钟信号输出端分别连接第一、二功分器的输入端，第一功分器的一输出端通过第一低噪声放大器后输出5MHz时钟信号；第一功分器的另一输出端通过10MHz倍频器倍频到10MHz时钟信号输出；第二功分器的一输出端通过第四低噪声放大器后输出100MHz时钟信号；第二功分器的另一输出端，通过低噪声倍频链的倍频得到多个微波时钟信号输出。本实用新型在5MHz～20GHz频率点的低相位噪声，可以与相位噪声分析系统相配套。

Description

低相位噪声源

技术领域

本实用新型涉及一种信号频率的低相位噪声源。频率范围可达5MHz～20GHz。

背景技术

目前，相位噪声的测试主要使用HP3048A、E5500A/B、PN9000等相位噪声分析系统对各类军用通信设备、雷达、广播、电视、卫星通信、电子仪器的相位噪声进行测试分析。要测量低相位噪声时，除了需要低相噪的比对设备外，还必须有低相噪源。HP3048A等仪器是一个比对设备，它的相噪底为-170dBc/Hz 100kHz，这对于测量大多数电子设备的相位噪声来说足够了，但是HP8662A/HP8663A选配的频率参考源的噪声底在100MHz频率输出时只有-140dBc/Hz100kHz,不能满足对相位噪声要求较高的产品测试，尤其是，当要测量更低的相位噪声，必须有更好的低相噪参考源。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的相位噪声分析系统所选配的低相噪源的噪声底不够低的问题，提出一种低相位噪声源。

本实用新型的技术方案是：

一种低相位噪声源，它包括压控晶振锁相源、由第一功分器、第一低噪声放大器、10MHz倍频器、第二功分器、第四低噪声放大器构成的高频输出单元和低噪声倍频链，所述的压控晶振锁相源的5MHz、100MHz的时钟信号输出端分别连接第一功分器、第二功分器的信号输入端，第一功分器的一5MHz信号输出端通过第一低噪声放大器后输出5MHz时钟信号；第一功分器的另一5MHz信号输出端通过10MHz倍频器倍频到10MHz时钟信号输出；第二功分器的一100MHz信号输出端通过第四低噪声放大器后输出100MHz时钟信号；第二功分器的另一100MHz信号输出端通过低噪声倍频链倍频得到多个微波时钟信号输出。

本实用新型的第一功分器、第一低噪声放大器之间串接第一晶体滤波器，以改善输出相位噪声。本实用新型的10MHz倍频器包括第二低噪声放大器、×2倍频器、调谐放大器、带通晶体滤波器和第三低噪声滤波器，第二低噪声放大器的信号输入端作为10MHz倍频器的输入与第一功分器的一5MHz信号输出端相连，第二低噪声放大器的输出依次连接×2倍频器、调谐放大器、带通晶体滤波器和第三低噪声滤波器，第三低噪声放大器的信号输出端作为10MHz倍频器的输出，输出10MHz时钟信号。

本实用新型的第二功分器、第四低噪声放大器之间串接第二晶体滤波器，改善100MHz输出信号的相位噪声。

本实用新型的低相位噪声源还包括低噪声直流稳压电源和进线滤波器，进线滤波器与市电电源相连，进线滤波器的输出连接变压器的输入端，经变压、整流、滤波和两次低噪声线性直流稳压，输出三组+12直流电压为低相位噪声源的各模块进行供电。

本实用新型的低噪声倍频链的输出的微波频率点有：500MHz、1GHz、5GHz、10GHz、15GHz和20GHz。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用的是100MHz晶振作为参考源。它的远端相噪比较低，但近端相噪就没有5MHz压控晶振近端相噪低。我们采用5MHz压控晶振锁定100MHz压控晶振，采用松锁原理，可得到100MHz压控晶振输出频率近端和远端相噪都很低的相噪。100MHz压控晶振的近端相噪可改善20dB,远端则基本保持自己原来的相噪。锁相后的100MHz压控晶振输出频率的相噪见表1。输出频率的相位噪声达到了国际领先水平。

表1  锁相后的100MHz压控晶振输出频率的相噪

本实用新型在100MHz频率点的相位噪声为-176dBc/Hz100kHz, 因为100MHz参考源相噪低，随经低噪声倍频链倍频得到500MHz～20GHz信号频率点的相位噪声恶化了20㏒N相位噪声,但相位噪声仍然很低，故与HP3048A、E5500A/B、PN9000等相位噪声分析系统等设备相配套，完全可以测试各类信号源的超低相位噪声。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的直流稳压电源的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种低相位噪声源，它包括压控晶振锁相源、由第一功分器、第一低噪声放大器、10MHz倍频器、第二功分器、第四低噪声放大器构成的高频输出单元和低噪声倍频链，所述的压控晶振锁相源的5MHz、100MHz的时钟信号输出端分别连接第一功分器、第二功分器的信号输入端，第一功分器的一5MHz信号输出端通过第一低噪声放大器后输出5MHz时钟信号；第一功分器的另一5MHz信号输出端通过10MHz倍频器的输出10MHz时钟信号；第二功分器的一100MHz信号输出端通过第四低噪声放大器后输出100MHz时钟信号；第二功分器的另一100MHz信号输出端通过低噪声倍频链倍频得到多个微波时钟信号的输出。

本实用新型的第一功分器、第一低噪声放大器之间串接第一晶体滤波器。

本实用新型的10MHz倍频器包括第二低噪声放大器、×2倍频器、调谐放大器、带通晶体滤波器和第三低噪声滤波器，第二低噪声放大器的信号输入端作为10MHz倍频器的输入与第一功分器的一5MHz信号输出端相连，第二低噪声放大器的输出依次连接×2倍频器、调谐放大器、带通晶体滤波器和第三低噪声滤波器，第三低噪声放大器的信号输出端作为10MHz倍频器的输出，输出10MHz时钟信号。

本实用新型的第二功分器、第四低噪声放大器之间串接第二晶体滤波器。

本实用新型的低噪声倍频链的输出的微波频率点有：500MHz、1GHz，5GHz，10GHz，15GHz，20GHz， 是由VCXO压控晶振锁相环的100MHz低相位噪声频率经倍频链而得到。

本项目的5种微波倍频器采用了最新MMC微波集成电路来实现的，因而体积大大缩小、可靠性大大提高、研制时间大大缩短、性能指标大大提高。通过微波倍频器的研制，

本实用新型的低相位噪声源还包括低噪声直流稳压电源和进线滤波器，进线滤波器与市电电源相连，进线滤波器的输出连接变压器的输入端，经变压、整流、滤波和两次低噪声线性直流稳压，输出三组+12直流电压为低相位噪声源的各模块进行供电。

1、稳压方案

本实用新型的晶振的供电直流稳压源、倍频器的直流稳压电源，其纹波和噪声对它们的相位噪声影响很大，为了减少电源的影响，电源的纹波及噪声要小于1mV，本项目采用了低噪声线性稳压的技术方案。

直流稳压源采用多次稳压技术并加以电磁屏蔽，可以大大降低电源的纹波和噪声，使电源的纹波和噪声对压控晶振倍频电路引入的相噪可以忽略不计。本项目采用了两次稳压技术方案，其原理框图如图2。它是由交流220V经进线滤波后再到交流变压器变压，得到3组17V交流电压，经桥式整流，滤波，两次低噪声线性稳压电路稳压，输出三组直流12V稳压电源。

2、功率管理设计：

对于一个电子产品，特别是频段很宽的产品，功耗电流越大，越容易受到或产生电磁干扰，如何对供电的直流稳压电源的功率管理设计很重要，一个好的电源功率管理设计，可以大大的改善电磁干扰，从而改善输出频率的相位噪声。

本项目有VCXO压控晶振锁相源，需要大约10W功率，最大电流约为700mA。倍频链需要功率大约24W，消耗电流约2A，5MHz、10MHz、100MHz输出单元需要功率约3W，消耗电流0.2A，供电电压都是12V，如果用一组12V供电，则需要37W，消耗电流约3A。各部件通过供电电源会产生很大的相互电磁干扰。为了减小电磁干扰，设计了三组12V直流稳压电源，其中VCXO压控晶振锁相源和5MHz、10MHz、100MHz输出单元共用一组12V直流稳压电源，消耗电流约1A，500MHz倍频器、1GHz倍频器、5GHZ倍频器共用一组12V直流稳压电源，约消耗电流1A,10GHz倍频器、15GHz倍频器、20GHz倍频器共用一组12V直流稳压电源，也约消耗电流1A，从而使得每一组12V直流稳压电源消耗电流基本相当，只需消耗1A电流，因而可以很好地改善各模块之间的电磁干扰。

采用二次低噪声线性稳压模块稳压设计，即每组直流稳压电源经桥式整流滤波后，稳压到14V，再经一次稳压滤波后，稳压到12V。这种设计可得到12 V直流电压的纹波和噪声小于1mV。

另外，线性稳压模块选择了比实际大数倍负载电流，防止过热增加热噪声和工作不稳定，故选择采用了5A电流及低压降为1V的线性稳压模块，可减小自身功耗,降低了稳压模块的温度，同时给稳压模块加装散热器，因而降低了机箱内温度。

3、直流稳压电源电磁兼容性设计

直流稳压电源小的纹波和噪声，可以改善输出信号的相位噪声，从目前现有文献看，从交流获得直流稳压电源有开关电源稳压和线性稳压两种方法。开关稳压电源可以省去一个大的电源变压器，效率高，体积小，但它的纹波噪声比较大，一般到达100mV，经过精心设计的开关直流稳压电源的纹波和噪声也有10mV 。而线性直流稳压电源则需要一只电源变压器，效率没有开关稳压电源高，体积稍大，但它的纹波和噪声可以做到小于1mV 。故本项目采用了低噪声线性直流稳压模块进行电源设计，可得到低的纹波和噪声，从而改善了输出信号的频谱纯度。

采用两次稳压设计。为了获得低纹波和低噪声直流稳压电源，采用两次稳压设计，这样可大大改善纹波和噪声、稳压稳定性及热稳定性。

滤波电路采用大容量电解电容2000uF和104瓷介电容并联作为滤波电路，这可以既滤掉50Hz、100Hz的纹波，也可以滤掉高频噪声。

交流220V经进线滤波器滤波再送变压器变压，可把从交流电源进入的电磁干扰滤除在机外。

PCB板的设计采用大面积接地，三组12V直流稳压电源的地分开，然后集中一点接地，可以改善各部件通过电源相互串扰，也改善了直流稳压电源的纹波和噪声。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种低相位噪声源，其特征是它包括压控晶振锁相源、第一功分器、第一低噪声放大器、10MHz倍频器、第二功分器、第四低噪声放大器构成的高频输出单元和低噪声倍频链，所述的压控晶振锁相源的5MHz、100MHz的时钟信号输出端分别连接第一功分器、第二功分器的信号输入端，第一功分器的一5MHz信号输出端通过第一低噪声放大器后输出5MHz时钟信号；第一功分器的另一5MHz信号输出端通过10MHz倍频器倍频到10MHz时钟信号输出；第二功分器的一100MHz信号输出端通过第四低噪声放大器后输出100MHz时钟信号；第二功分器的另一100MHz信号输出端通过低噪声倍频链的倍频得到多个微波时钟信号输出。

2.根据权利要求1所述的低相位噪声源，其特征是所述的第一功分器、第一低噪声放大器之间串接第一晶体滤波器。

3.根据权利要求1所述的低相位噪声源，其特征是所述的10MHz倍频器包括第二低噪声放大器、×2倍频器、调谐放大器、带通晶体滤波器和第三低噪声滤波器，第二低噪声放大器的信号输入端作为10MHz倍频器的输入与第一功分器的一5MHz信号输出端相连，第二低噪声放大器的输出依次连接×2倍频器、调谐放大器、带通晶体滤波器和第三低噪声滤波器，第三低噪声放大器的信号输出端作为10MHz倍频器的输出，输出10MHz时钟信号。

4.根据权利要求1所述的低相位噪声源，其特征是所述的第二功分器、第四低噪声放大器之间串接第二晶体滤波器。

5.根据权利要求1所述的低相位噪声源，其特征是所述的低相位噪声源还包括低噪声直流稳压电源和进线滤波器，进线滤波器与市电电源相连，进线滤波器的输出连接变压器的输入端，经变压、整流、滤波和两次低噪声线性直流稳压，输出三组+12直流电压为低相位噪声源的各模块进行供电。

6.根据权利要求1所述的低相位噪声源，其特征是所述的低噪声倍频链的输出的微波频率点有：500MHz、1GHz、5GHz、10GHz、15GHz和20GHz。

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