CN204068932U - 低相位噪声的微波本振信号发生器 - Google Patents

Abstract

一种低相位噪声的微波本振信号发生器，属于通信技术领域。包括晶振、锁相环芯片、环路滤波器、电子开关以及第一、第二同轴谐振振荡器，晶振输出端连接锁相环芯片的输入端，锁相环芯片的输出端连接环路滤波器的输入端，环路滤波器的输出端与第一同轴谐振振荡器的输入端以及第二同轴谐振振荡器的输入端连接，第一同轴谐振振荡器的输出端与第二同轴谐振振荡器的输出端共同连接锁相环芯片的输入端，并作为微波本振信号发生器的输出端，电子开关的两输出端分别与第一、第二同轴谐振振荡器的控制端连接。优点：能够降低本振信号发生器的相位噪声；可以根据所需要的频率来切换不同的同轴谐振振荡器，达到所需要覆盖的微波信号频率范围。

Description

低相位噪声的微波本振信号发生器

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种低相位噪声的微波本振信号发生器。

背景技术

本振信号是本地振荡器产生的振荡信号的简称。在通信系统中，本振信号的基本功能是频率变换，常用于混频、倍频和分频等处理，因此，本振信号发生器可以说是通信系统中不可缺少的关键元件之一，本振信号发生器的构建离不开晶体振荡器和锁相环。锁相环是无线电发射中使频率较为稳定的一种方法，其利用反馈控制原理实现频率及相位的同步，使电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。当参考时钟的频率或相位发生改变时，锁相环会检测到这种变化，并且通过其内部的反馈系统来调节输出频率，直到两者重新同步，这种同步又称为“锁相”，由此实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环通常由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成，其中，鉴相器用来鉴别输入信号与输出信号之间的相位差，并输出误差电压。误差电压中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器滤除，形成压控振荡器的控制电压。控制电压作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率拉向环路输入信号频率，当二者相等时，环路被锁定。同轴谐振振荡器是一种特殊类型的压控振荡器，它通过使用高Q值的陶瓷谐振器作为稳频元件，利用极低增益和宽输入调谐电压来实现超低相位噪声，通常用于窄带专用移动无线电和陆地移动无线电领域。

所述的相位噪声是振荡器或锁相环在频域中的表现，频域中的相位噪声相当于时域中的抖动，它是锁相环中各器件所产生噪声的均方根和。一般来说，压控振荡器在5～6GHz频段的相位噪声比其在3GHz频段的相位噪声更加严重，而同频段的同轴谐振振荡器的相位噪声则比较理想。因此，为了获得较低的相位噪声，可以采用高Q值且低噪声的同轴谐振振荡器来替代普通的压控振荡器，但是同轴谐振振荡器本身固有的特性又决定了其工作频段比较窄，难于在整个频段范围内满足对压控振荡器的要求。

    鉴于上述已有技术，有必要加以改进，为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种低相位噪声的微波本振信号发生器，其以多个同轴谐振振荡器来取代原有普通的压控振荡器，在降低相位噪声的同时又解决了同轴谐振振荡器固有的工作频段狭窄的问题藉以满足微波本振信号发生器在整个工作频段范围对压控振荡器的要求。

    本实用新型的目的是这样来达到的，一种低相位噪声的微波本振信号发生器，其特征在于：包括晶振、锁相环芯片、环路滤波器、电子开关、第一同轴谐振振荡器以及第二同轴谐振振荡器，所述的晶振输出端连接锁相环芯片的输入端，所述的锁相环芯片的输出端连接环路滤波器的输入端，所述的环路滤波器的输出端与第一同轴谐振振荡器的输入端以及第二同轴谐振振荡器的输入端连接，所述的第一同轴谐振振荡器的输出端与第二同轴谐振振荡器的输出端共同连接锁相环芯片的输入端，并作为微波本振信号发生器的输出端，所述的电子开关的两输出端分别与第一同轴谐振振荡器的控制端以及第二同轴谐振振荡器的控制端连接。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的第一、第二同轴谐振振荡器的控制端分别为第一、第二同轴谐振振荡器的外部电压供电端。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的第一、第二同轴谐振振荡器为低相位噪声同轴谐振振荡器。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的电子开关包括第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4，第一晶体管Q1的基极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端作为电子开关的一控制输入端连接外部控制设备，第一晶体管Q1的集电极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端与第二晶体管Q2的基极以及第三电阻R3的一端连接，第二晶体管Q2的集电极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端连接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端，并作为电子开关的一输出端连接第一同轴谐振振荡器，第三晶体管Q3的基极连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端作为电子开关的另一控制输入端连接外部控制设备，第三晶体管Q3的集电极连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端与第四晶体管Q4的基极以及第七电阻R7的一端连接，第四晶体管Q4的集电极与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端连接第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端连接第二电容C2的一端，并作为电子开关的另一输出端连接第二同轴谐振振荡器，第三电阻R3的另一端、第二晶体管Q2的发射极、第七电阻R7的另一端以及第四晶体管Q4的发射极共同连接+5V直流电源，第一晶体管Q1的发射极、第一电容C1的另一端、第三晶体管Q3的发射极以及第二电容C2的另一端共同接地。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的环路滤波器包括第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4以及第五电容C5，第九电阻R9的一端与第五电容C5的一端连接，第九电阻R9的另一端与第三电容C3的一端以及第四电容C4的一端连接，第三电容C3的另一端、第四电容C4的另一端以及第五电容C5的另一端共同接地，第九电阻R9的一端作为环路滤波器的输入端与所述的锁相环芯片的输出端连接，第五电容C5的一端作为环路滤波器的输出端与第一同轴谐振振荡器的输入端以及第二同轴谐振振荡器的输入端连接。

本实用新型由于采用了上述结构，利用同轴谐振振荡器来代替原有普通的压控振荡器，能够降低本振信号发生器的相位噪声；另外，利用电子开关的切换功能对同轴谐振振荡器的工作电压进行开关切换控制，从而可以根据所需要的频率来切换不同的同轴谐振振荡器，达到所需要覆盖的微波信号频率范围。

附图说明

    图1为本实用新型的原理框图。

    图2为本实用新型所述的电子开关的一实施例电原理图。

    图3为本实用新型所述的环路滤波器的一实施例电原理图。

具体实施方式

   申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

请参阅图1，一种低相位噪声的微波本振信号发生器，包括晶振、锁相环芯片、环路滤波器、电子开关、第一同轴谐振振荡器以及第二同轴谐振振荡器。在本实施例中，所述的锁相环芯片采用凌特公司的LTC6945；所述的第一、第二同轴谐振振荡器为CRYSTEK公司的低相位噪声同轴谐振振荡器；另外，电子开关是指利用电力电子器件实现电路通断的运行单元，分为数字电子开关和模拟电子开关。数字电子开关是一种用电子元件组成的双稳态电路，这种电路种类繁多，可以通过分立元件或集成电路实现，常见的数字电子开关有D触发器、J-K触发器、晶闸管、光电开关、各种开关型数字传感器等，可用于开关电源、信号检测与识别等应用；模拟电子开关也叫固态继电器，不具有活动接点部份，因此不具有磨损之虑，可以反复使用、寿命长、不受使用环境限制，模拟电子开关可通过三极管的截止饱和特性来实现开关选择，将三极管截止看作断开，将三极管饱和看作导通。三极管开关的动作速度较一般的开关快，一般开关的启闭时间以毫秒来计算，而三极管的开关时间则以微秒计算。所述的晶振输出端连接锁相环芯片的输入端，所述的锁相环芯片的输出端连接环路滤波器的输入端，所述的环路滤波器的输出端与第一同轴谐振振荡器的输入端以及第二同轴谐振振荡器的输入端连接，所述的第一同轴谐振振荡器的输出端与第二同轴谐振振荡器的输出端共同连接锁相环芯片的输入端，并作为微波本振信号发生器的输出端，所述的电子开关的两输出端分别与第一同轴谐振振荡器的控制端以及第二同轴谐振振荡器的控制端连接，所述的第一、第二同轴谐振振荡器的控制端分别为第一、第二同轴谐振振荡器的外部电压供电端。

请参阅图2，所述的电子开关包括第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4。外部的5V直流电压给第二晶体管Q2和第四晶体管Q4的发射极供电；同时，5V直流电压经第二电阻R2和第三电阻R3给第一晶体管Q1的集电极、经第六电阻R6和第七电阻R7 给第三晶体管Q3的集电极、经第三电阻R3给第二晶体管 Q2 的基极、经第七电阻R7给第四晶体管 Q4的基极供电。第一电阻R1和第五电阻R5分别是两路控制电压的限流电阻。第二晶体管Q2的输出电压经第一电感L1和第一电容C1滤波后向第一同轴谐振振荡器馈电；同样地，第四晶体管Q4的输出电压经第二电感L2和第二电容C2滤波后向第二同轴谐振振荡器馈电。电子开关的具体工作过程如下：当A点的控制电压为0V时，第一晶体管Q1的基极电压即为0V，第一晶体管Q1截止，由于第一晶体管Q1的集电极电压以及第二晶体管Q2的发射极、基极电压都为5V，因此第二晶体管Q2截止，第二晶体管Q2的集电极无电压输出，第一同轴谐振振荡器因没有电源供电而不工作；当A点控制电压达到0.7V时，第一晶体管Q1的基极电压即为0.7V，第一晶体管Q1导通，此时第一晶体管Q1的集电极电压被拉到0V左右；通过第二电阻R2和第三电阻R3的分压作用，使第二晶体管Q2的基极电压变为4.3V左右，由于第二晶体管Q2的发射极电压为5V，因此第二晶体管Q2导通，第二晶体管Q2的集电极电压也变为5V左右，该电压经第四电阻R4限流、再经第一电感L1、第一电容C1滤波后对第一同轴谐振振荡器进行供电。对第二同轴谐振振荡器的控制过程与上述过程相同，此处不再赘述。通过切换外部控制设备对A点、B点的控制电压就可实现晶体管的导通或截止控制，由此能实现对第一、第二同轴谐振振荡器的供电，进行相应的工作切换。

请参阅图3，所述的环路滤波器包括第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4以及第五电容C5。第九电阻R9的值由环路带宽、充电泵泵流、增益因子等决定，第三电容C3、第四电容C4以及第五电容C5的值由环路带宽以及第九电阻R9的值共同决定，第五电容C5的值约为第三电容C3和第四电容C4组合起来的值的12倍。在取得锁相环芯片输出的泵电流后，第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4以及第五电容C5共同为第一、第二同轴谐振振荡器提供一个稳定的外部调谐电压。该调谐电压同时且等同地送入第一、第二同轴谐振振荡器的调谐引脚，但只有通过电子开关控制馈电后的那个同轴谐振振荡器才有输出信号。

请再参阅图1并结合图2、图3，所述的晶振给锁相环芯片提供参考信号，锁相环芯片通过电子开关对第一、第二同轴谐振振荡器进行电子开关选择，环路滤波器为第一、第二同轴谐振振荡器提供稳定的调谐电压，从而让第一、第二同轴谐振振荡器锁定到所需要的频率点。本实用新型充分利用了同轴谐振振荡器的相位噪声低的特性，由同轴谐振振荡器来代替原有普通的压控振荡器，能够降低本振信号发生器的相位噪声；另外，针对同轴谐振振荡器覆盖频段较窄这一不足之处，本实用新型利用电子开关的切换功能，对其工作电压进行开关切换控制，从而可以根据所需要的频率切换不同的同轴谐振振荡器，达到所需要覆盖的微波信号频率范围。

Claims (5)

1.一种低相位噪声的微波本振信号发生器，其特征在于：包括晶振、锁相环芯片、环路滤波器、电子开关、第一同轴谐振振荡器以及第二同轴谐振振荡器，所述的晶振输出端连接锁相环芯片的输入端，所述的锁相环芯片的输出端连接环路滤波器的输入端，所述的环路滤波器的输出端与第一同轴谐振振荡器的输入端以及第二同轴谐振振荡器的输入端连接，所述的第一同轴谐振振荡器的输出端与第二同轴谐振振荡器的输出端共同连接锁相环芯片的输入端，并作为微波本振信号发生器的输出端，所述的电子开关的两输出端分别与第一同轴谐振振荡器的控制端以及第二同轴谐振振荡器的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的低相位噪声的微波本振信号发生器，其特征在于所述的第一、第二同轴谐振振荡器的控制端分别为第一、第二同轴谐振振荡器的外部电压供电端。

3.根据权利要求1或2所述的低相位噪声的微波本振信号发生器，其特征在于所述的第一、第二同轴谐振振荡器为低相位噪声同轴谐振振荡器。

4.根据权利要求1所述的低相位噪声的微波本振信号发生器，其特征在于所述的电子开关包括第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3以及第四晶体管Q4，第一晶体管Q1的基极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端作为电子开关的一控制输入端连接外部控制设备，第一晶体管Q1的集电极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端与第二晶体管Q2的基极以及第三电阻R3的一端连接，第二晶体管Q2的集电极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端连接第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端，并作为电子开关的一输出端连接第一同轴谐振振荡器，第三晶体管Q3的基极连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端作为电子开关的另一控制输入端连接外部控制设备，第三晶体管Q3的集电极连接第六电阻R6的一端，第六电阻R6的另一端与第四晶体管Q4的基极以及第七电阻R7的一端连接，第四晶体管Q4的集电极与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端连接第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端连接第二电容C2的一端，并作为电子开关的另一输出端连接第二同轴谐振振荡器，第三电阻R3的另一端、第二晶体管Q2的发射极、第七电阻R7的另一端以及第四晶体管Q4的发射极共同连接+5V直流电源，第一晶体管Q1的发射极、第一电容C1的另一端、第三晶体管Q3的发射极以及第二电容C2的另一端共同接地。

5.根据权利要求1所述的低相位噪声的微波本振信号发生器，其特征在于所述的环路滤波器包括第九电阻R9、第三电容C3、第四电容C4以及第五电容C5，第九电阻R9的一端与第五电容C5的一端连接，第九电阻R9的另一端与第三电容C3的一端以及第四电容C4的一端连接，第三电容C3的另一端、第四电容C4的另一端以及第五电容C5的另一端共同接地，第九电阻R9的一端作为环路滤波器的输入端与所述的锁相环芯片的输出端连接，第五电容C5的一端作为环路滤波器的输出端与第一同轴谐振振荡器的输入端以及第二同轴谐振振荡器的输入端连接。