CN205092849U - 一种x波段频率合成器 - Google Patents

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尹红波
李希密
韦炜
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Abstract

本实用新型涉及一种X波段频率合成器,包括晶振电路、直接数字式频率合成器、前端变频模块和后端变频模块,其中:晶振电路分别与前端变频模块和后端变频模块相连;前端变频模块分别与晶振电路、直接数字式频率合成器和后端变频模块相连;后端变频模块分别与晶振电路和前端变频模块相连;直接数字式频率合成器与前端变频模块相连。本实用新型提供的X波段频率合成器,器件内部采用多次变频滤波,电路设计更加合理,有效地解决了当前市面上常见的频率合成器的缺点,使得输出信号在9.2-9.9GHz范围内,杂散≤-75dBc,相位噪声≤-100dBc/Hz1kHz,频率切换速度≤200nS,频率步进为1MHz,可以很好地满足实际应用的需要。

Description

一种X波段频率合成器
技术领域
本实用新型属于微波通信技术领域,具体涉及一种X波段频率合成器。
背景技术
X波段频率合成器是一种主要用于微波通信、雷达、电子对抗和制导仪器等电子系统设备中的电子部件,描述这种产品性能的主要技术指标有:1)输出信号杂散;2)输出信号相位噪声;3)输出频率切换速度;4)输出频率步进。当前市场上该种X波段频率合成器的同类产品,一般采用锁相环电路(PLL)或选用分立的低频窄带直接数字式频率合成器(DDS)加单个的倍频混频联合实现,前者的主要缺点有:1)输出信号杂散差,一般为-65dBc;2)输出信号相位噪声大,一般为-85dBc;3)输出频率切换时间长,一般为100uS;4)输出频率步进大,一般为10MHz(如果步进1MHz,杂散及相噪更差);后者的主要缺点是输出频带宽度和杂散相互制约。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的问题,本实用新型的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的X波段频率合成器。
为了实现上述实用新型目的,本实用新型采用的技术方案如下:
一种X波段频率合成器,包括晶振电路、直接数字式频率合成器、前端变频模块和后端变频模块,其中:
所述晶振电路分别与所述前端变频模块和所述后端变频模块相连;
所述前端变频模块分别与所述晶振电路、所述直接数字式频率合成器和所述后端变频模块相连;
所述后端变频模块分别与所述晶振电路和所述前端变频模块相连;
所述直接数字式频率合成器与所述前端变频模块相连。
进一步地,所述晶振电路包括恒温晶振、三功分器、2倍频器和4分频器,其中:所述恒温晶振与所述三功分器相连,所述三功分器与所述2倍频器相连,所述2倍频器与所述4分频器相连。
进一步地,所述恒温晶振为FCOX7-028。
进一步地,所述前端变频模块包括1个谐波谱发生器、1个混频器、4个滤波器、2个四路开关滤波器组、6个放大器、1个二功分器和1个二分频器。
进一步地,所述后端变频模块包括1个二功分器、1个二倍频器、1个谐波谱发生器、1个三路开关滤波器组、3个混频器、7个放大器和5个滤波器。
本实用新型提供的X波段频率合成器,器件内部采用多次变频滤波,电路设计更加合理,有效地解决了当前市面上常见的频率合成器的缺点,使得输出信号在9.2-9.9GHz范围内,杂散≤-75dBc,相位噪声≤-100dBc/Hz1kHz,频率切换速度≤200nS,频率步进为1MHz,可以很好地满足实际应用的需要。
附图说明
图1是本实用新型的整个电路结构框图;
图2是本实用新型的晶振电路结构框图;
图3是本实用新型的直接数字式频率合成器(DDS)电路结构框图;
图4是本实用新型的前端变频模块电路结构框图;
图5是本实用新型的后端变频模块电路结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
如图1所示,一种X波段频率合成器,包括晶振电路、直接数字式频率合成器、前端变频模块和后端变频模块,其中:所述晶振电路分别与所述前端变频模块和所述后端变频模块相连;所述前端变频模块分别与所述晶振电路、所述直接数字式频率合成器和所述后端变频模块相连;所述后端变频模块分别与所述晶振电路和所述前端变频模块相连;所述直接数字式频率合成器与所述前端变频模块相连。所述晶振电路为120MHz晶振电路。
120MHz晶振电路输出60MHz和120MHz信号,它给整个电路提供参考频率信号,该晶振相位噪声≤-160dBc/Hz1kHz,最终输出信号的相位噪声主要取决于该晶振信号的相位噪声。120MHz晶振电路输出120MHz晶振信号给前端变频模块和后端变频模块,前端变频模块内部将120MHz晶振信号转换为2880MHz信号输出给直接数字式频率合成器(DDS),使得直接数字式频率合成器(DDS)输出140MHz~200MHz信号,该140MHz~200MHz信号再返回输入给前端变频模块,使得前端变频模块最终输出1060~1300MHz的中频信号,该中频信号和60MHz、120MHz晶振信号同时输入给后端变频模块,后端变频模块通过内部转换,最终输出射频信号9.2~9.9GHz。
如图2所示,120MHz晶振电路由一个恒温晶振模块FCOX7-028、1个三功分器AD3PS-1+、1个2倍频器和1个4分频器组成,给整个X波段频率合成器供参考频率信号。恒温晶振模块输出120MHz信号,经过三功分器功分三路,其中两路直接输出120MHz信号给前端变频模块和后端变频模块,另一路经过2倍频器AMK-2-13+后再经4分频器HMC426MS8E输出60MHz信号给后端变频模块。该恒温晶振模块FCOX7-028的频率稳定度为±0.05ppm,输出功率为10dBm,杂散为-100dBc,相位噪声为-160dBc/Hz1KHz。最终输出信号的相位噪声主要取决于该晶振信号的相位噪声。
如图3所示,直接数字式频率合成器(DDS)采用的是一款ADI公司的DDS芯片AD9914,输入来自前端变频模块的2880MHz信号做参考,功率为3±2dBm,输出140-200MHz信号,功率为-3±2dBm。AD9914是一款带12位DAC的直接数字频率合成器(DDS)。该器件采用先进的DDS技术,连同高速、高性能数模转换器,构成数字可编程的完整高频合成器,能够产生高达1.4GHz的频率捷变模拟输出正弦波。AD9914具有快速跳频和精密调谐分辨率(64位采用可编程模数模式)。这款器件还实现了快速相位与幅度跳跃功能。频率调谐和控制字通过串行或并行I/O端口载入AD9914(本实施例采用的是快速的并行控制)。它还支持在用户定义线性扫描模式下工作,可产生频率、相位或幅度的线性扫描波形。AD9914包含一个高速32位并行数据输入端口,可支持极性调制方案的高数据率以及相位、频率和幅度调谐字的快速编程。
AD9914的相位截断、幅度量化和D/A转换的非线性产生的杂散由芯片内部决定,外界无法改变。我们设计只有改善电源上带来的杂散信号,输入+5V电压先由六孔磁珠和100uF钽电容滤波,再有低噪声的线性稳压器稳压输出。芯片的互补输出端用巴伦转换也可以降低杂散,另我们选取输出频率较低,频段较窄,杂散最优的输出频段140~200MHz,使得最终射频输出杂散尽量小。
该单元电路主要指标:输出频率140~200MHz,频率步进1MHz,输出功率-3±2dBm,输出杂散≤-75dBc,七位并行码控制。
如图4所示,前端变频模块主要包括1个120MHz谐波谱发生器COMB1-034、4个滤波器、2个四路开关滤波器组、1个混频器SYM-30DHW、1个二功分器、1个二分频器HMC432E及6个放大器。
各级滤波器指标如下:
从120MHz晶振电路输出的120MHz信号进入该模块,首先经过谐波谱发生器,再经过一个滤波器(2.52-2.88GHz)、一个放大器、二功分器后,一路经过一个2.88GHz滤波器、一个放大器输出2880MHz信号给直接数字式频率合成器(DDS)做参考信号,另一路经过一个四路开关滤波组滤出四个频点2520MHz、2640MHz、2760MHz、2880MHz信号,然后经一个放大器、二分频器、一个滤波器(LFCN-1400+)、再经过一个放大器后进入混频器与来自直接数字式频率合成器(DDS)的140~200MHz信号(该信号经过一个170MHz滤波器进入混频器)混频产生1060~1300MHz信号,该信号经过一个放大器、一个四路开关滤波器组滤波后再经一个放大器,输出1060~1300MHz的信号。
该单元电路主要指标:输出频率为2.88GHz,输出功率为3±2dBm,输出杂散≤-80dBc,输出频率为1060~1300MHz,输出功率为0±2dBm,输出杂散≤-80dBc。
如图5所示,后端变频模块包括1个二功分器SBTC-2-10L+、1个2倍频器AMK-2-13+、1个240MHz谐波谱发生器COMB1-036、1个三路开关滤波器组、3个混频器(2个HMC558LC3B、1个ADE-35MH)、5个滤波器和7个放大器组成。
各级滤波器指标如下:
序号 中心频率 -1dB带宽 中心(f0)插损 带外抑制
1 240MHz ≥12MHz ≤4dB ≥80dBcf0±120MHz
2 1560MHz ≥25MHz ≤4dB ≥85dBcf0±120MHz
3 1620MHz ≥6MHz ≤6dB ≥80dBcf0±60MHz
4 8880MHz ≥30MHz ≤4.5dB ≥85dBcf0±120MHz
5 9120MHz ≥30MHz ≤4.5dB ≥85dBcf0±120MHz
6 9360MHz ≥30MHz ≤4.5dB ≥85dBcf0±120MHz
7 7925MHz ≥700MHz ≤2dB ≥80dBcf0±165MHz
8 9550MHz ≥710MHz ≤2dB ≥80dBcf0±165MHz
从120MHz晶振电路输出的120MHz信号进入该模块,首先经过二功分器功分出2路120MHz信号,一路依次经过2倍频器、一个放大器、一个滤波器(240MHz)、谐波谱发生器、三路开关滤波组后滤出8880MHz、9120MHz、9360MHz三个点频信号,然后经过一个放大器进入一个混频器(HMC558LC3B)与来自前端变频模块的1060~1300MHz信号混频产生7580~8280MHz信号,该信号经过一个滤波器(7925MHz)、一个放大器后再进入一个混频器(HMC558LC3B)。二功分器功分出的另一路120MHz信号经过一个放大器(NBB500)后再经过一个1560MHz滤波器滤出一个1560MHz点频信号,该信号经过一个放大器进入一个混频器(ADE-35MH)与来自120MHz晶振电路输出的60MHz信号混频产生1620MHz信号,该信号经一个放大器、一个滤波器(1620MHz)后进入一个混频器(HMC558LC3B)与之前产生的7580~8280MHz信号混频产生9200~9900MHz信号,然后经过一个滤波器(9550MHz)、一个放大器输出最终需要的9200~9900MHz信号。
该单元电路主要指标:输出频率为9200~9900MHz,输出功率≥15dBm,输出杂散≤-75dBc,相位噪声≤-100dBc/Hz1KHz。
本实用新型提供的X波段频率合成器,器件内部采用多次变频滤波,电路设计更加合理,有效地解决了当前市面上常见的频率合成器的缺点,使得输出信号在9.2-9.9GHz范围内,杂散≤-75dBc,相位噪声≤-100dBc/Hz1kHz,频率切换速度≤200nS,频率步进为1MHz,可以很好地满足实际应用的需要。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种X波段频率合成器,其特征在于,包括晶振电路、直接数字式频率合成器、前端变频模块和后端变频模块,其中:
所述晶振电路分别与所述前端变频模块和所述后端变频模块相连;
所述前端变频模块分别与所述晶振电路、所述直接数字式频率合成器和所述后端变频模块相连;
所述后端变频模块分别与所述晶振电路和所述前端变频模块相连;
所述直接数字式频率合成器与所述前端变频模块相连。
2.根据权利要求1所述的X波段频率合成器,其特征在于,所述晶振电路包括恒温晶振、三功分器、2倍频器和4分频器,其中:所述恒温晶振与所述三功分器相连,所述三功分器与所述2倍频器相连,所述2倍频器与所述4分频器相连。
3.根据权利要求2所述的X波段频率合成器,其特征在于,所述恒温晶振为FCOX7-028。
4.根据权利要求1所述的X波段频率合成器,其特征在于,所述前端变频模块包括1个谐波谱发生器、1个混频器、4个滤波器、2个四路开关滤波器组、6个放大器、1个二功分器和1个二分频器。
5.根据权利要求1所述的X波段频率合成器,其特征在于,所述后端变频模块包括1个二功分器、1个二倍频器、1个谐波谱发生器、1个三路开关滤波器组、3个混频器、7个放大器和5个滤波器。
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