CN206993092U - Ku波段直接式频率综合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Ku波段直接式频率综合器，属于雷达设备领域。该Ku波段直接式频率综合器包括本振电路、频标电路以及输出电路、输出电路包括第一混频器和滤波器，第一混频器与滤波器连接；本振电路的输出端与输出电路的第一混频器连接；频标电路的输出端与输出电路的第一混频器连接；通过本振电路产生20个粗频点，频标电路产生16个细频点，由输出电路将粗频点和细频点进行混频、滤除杂散得到需要的频率信号；解决了直接式频率综合器中上变频电路中涉及的杂散较多，对上变频的输出信号频率选择不当容易造成输出频率中杂散信号多的问题；实现了满足频率合成器输出频带宽、杂散抑制程度高、频率捷变速度快的效果。

Description

Ku波段直接式频率综合器

技术领域

本实用新型实施例涉及雷达设备领域，特别涉及一种Ku波段直接式频率综合器。

背景技术

现代通信、雷达、测量等电子系统均需要大量高稳定频率源，要求每个频率远在每个工作频率点具有很高的准确度、稳定度和快捷变速度。频率综合器利用频率综合法实现高的频率准确度和稳定度。

以直接频率合成法为例，该方法由基准源通过分频、倍频、混频得到需要的频率，具有频率转换时间短、频率分辨率好的特点。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种Ku波段直接式频率综合器。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种Ku波段直接式频率综合器，其特征在于，包括本振电路、频标电路以及输出电路；

所述输出电路包括第一混频器和滤波器，所述第一混频器与所述滤波器连接；

所述本振电路的输出端与所述输出电路的所述第一混频器连接；

所述频标电路的输出端与所述输出电路的所述第一混频器连接；

所述本振电路包括基准频率源、滤波器、四路开关滤波器组、五路开关滤波器组和取样锁相振荡器；

所述频标电路包括800MHz和900MHz点频频率源、细点频标生成电路、第二混频器，所述900MHz点频频率源与所述细点频标生成电路的输出端分别连接所述第二混频器；

所述细点频标生成电路包括现场可编程门阵列FPGA、可擦除可编程只读存储器EPROM、可编程分频器、第一分频器、基准频率源、750MHz和700MHz频率源；所述基准频率源和所述750MHz和700MHz频率源分别与所述第一分频器连接，所述第一分频器的输出端与所述可编程分频器连接，所述可编程分频器与所述FPGA连接，所述FPGA与所述EPROM连接。

可选的，所述本振电路还包括第三混频器；

所述基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器与所述五路开关滤波器组连接，所述五路开关滤波器组选通1500MHz、1700MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz的点频信号；

所述五路开关滤波器组连接所述第三混频器；

所述基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器与所述取样锁相振荡器连接，所述取样锁相振荡器输出9.6GHz、10.6GMHz、11.GGMHz、12.6GMHz的点频信号；

所述取样锁相振荡器与所述第三混频器连接，所述第三混频器与所述四路开关滤波器组连接，所述四路开关滤波器组输出11.1GMHz至14.9GHz中的20个点频信号，相邻的两个所述点频信号间隔200MHz。

可选的，

所述基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器连接第二分频器，所述第二分频器通过滤波器、放大器、衰减器连接第一二路开关滤波器组，所述第一二路开关滤波器组输出700MHz和750MHz的点频信号；

所述第一二路开关滤波器组通过两个放大器连接所述第一分频器；

所述基准频率源通过滤波器和放大器连接所述第一分频器，所述第一分频器的输出端通过衰减器连接所述可编程分频器，所述可编程分频器连接所述FPGA，所述FPGA连接所述EPROM；

所述可编程分频器输出12.5MHz至100MHz中的8个点频信号，相邻的两个点频信号间隔12.5MHz；

所述基准频率源通过两个放大器与第四混频器连接，所述可编程分频器的输出端与所述第四混频器连接，所述第四混频器的输出端连接中频开关滤波器组，所述中频开关滤波器组输出112.5MHz至200MHz的中频信号；

所述中频开关滤波器组的输出端连接第二混频器；

所述基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器连接第二二路开关滤波器组，所述第二二路开关滤波器组输出800MHz和900MHz的点频信号；

所述第二二路开关滤波器组通过放大器与所述第二混频器连接，所述第二混频器的输出端连接第三二路开关滤波器组，所述第三二路开关滤波器组输出912.5MHz至1100MHz的信号。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

该Ku波段直接式频率综合器，包括本振电路、频标电路以及输出电路、输出电路包括第一混频器和滤波器，第一混频器与滤波器连接；本振电路的输出端与输出电路的第一混频器连接；频标电路的输出端与输出电路的第一混频器连接；通过本振电路产生20个粗频点，频标电路产生16个细频点，由输出电路将粗频点和细频点进行混频、滤除杂散得到需要的频率信号；解决了直接式频率综合器中上变频电路中涉及的杂散较多，对上变频的输出信号频率选择不当容易造成输出频率中杂散信号多的问题；实现了满足频率合成器输出频带宽、杂散抑制程度高、频率捷变速度快的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种Ku波段直接式频率综合器的原理框图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种本振电路的电路结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种细点频标生成电路的电路原理示意图；

图4是根据另一示例性实施例示出的一种频标电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本实用新型一个实施例提供的Ku波段直接式频率综合器的原理框图。如图1所示，该Ku波段直接式频率综合器包括本振电路110、频标电路120以及输出电路130。

输出电路130包括第一混频器和滤波器，第一混频器与滤波器连接。

本振电路110的输出端与输出电路130的第一混频器连接，频标电路120的输出端与输出电路130的第一混频器连接。

本振电路用于产生大步进间隔频率，大步进间隔频率为200MHz。

本振电路包括5个频率源，频率分别为1500MHz、1700MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz，和4个PDRO源，频率分别为9.6GHz、10.6GMHz、11.GGMHz、12.6GMHz；由5选1开关111和4选1开关112分别选通各个频率，并进行滤波，将1500MHz至2300MHz的频率信号依次与9.6GHz至12.6GMHz的频率信号进行混频、上变频后得到粗点频率，即20个频率点，20个频率点的频率范围为11.1GMz至14.9GHz，相邻两个频率点的频率间隔为200MHz。

本振电路包括基准频率源、滤波器、四路开关滤波器组、五路开关滤波器组和取样锁相振荡器。

频标电路用于产生小步进间隔频率，小步进间隔频率为12.5MHz。

频标电路中的细点频标生成电路生成8个细频点，8个细频点的频率范围为12.5MHz至100MHz，相邻两个细频点的频率间隔为12.5MHz；8个细频点基准频率进行混频处理并滤除杂散，得到12.5MHz至200MHz的中频信号，与800MHz、900MHz混频并滤除杂散，将信号带宽拓展至200MHz，输出细点频率，即16个频率点，细点频率的频率范围为912.5MHz至1100MHz，相邻两个信号点间隔12.5MHz。

频标电路包括800MHz和900MHz点频频率源、细点频标生成电路、第二混频器，900MHz点频频率源与细点频标生成电路的输出端分别连接第二混频器；

细点频标生成电路包括FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory，可擦除可编程只读存储器)、可编程分频器、第一分频器、基准频率源、750MHz和700MHz频率源；基准频率源和750MHz和700MHz频率源分别与第一分频器连接，第一分频器的输出端与可编程分频器连接，可编程分频器与FPGA连接，FPGA与EPROM连接。

输出电路将频标电路产生的12.5MHz步进细点频率插入到本振电路产生的粗点频率，也即将细点连续信号(912.5MHz至1100MHz，步进频率为12.5MHz)与粗点频率(为11.1GMz至14.9GHz，步进频率为200MHz)逐一进行混频，得到12.0125GHZ至16GHz，步进频率为12.5MHz的输出信号。

其中，基准频率源提供基准频率，基准频率为100MHz，由100MHz晶体振荡器作为基准频率源。

本实用新型实施例提供的Ku波段直接式频率合成器通过粗点频率和细点频率上变频产生Ku波段的频率，也即12GHz至16GHz，带宽为4GHz，频点数等于粗频点数乘以细频点数即20×16＝320，实现在信号带宽内任意点调频，最小调频间隔为12.5MHz的功能。

图2示例性地示出了本振电路的电路结构示意图，图中的箭头用于表示信号的走向。

本振电路还包括第三混频器K1；

基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器与五路开关滤波器组M2连接，五路开关滤波器组M2选通1500MHz、1700MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz的点频信号；

五路开关滤波器组M2连接第三混频器K1；

基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器与取样锁相振荡器M2连接，取样锁相振荡器M2输出9.6GHz、10.6GMHz、11.GGMHz、12.6GMHz的点频信号；

取样锁相振荡器M2与第三混频器K1连接，第三混频器K1与四路开关滤波器组M3连接，四路开关滤波器组M3输出11.1GMHz至14.9GHz中的20个点频信号，相邻的两个点频信号间隔200MHz。

基准频率源用于提供频率为100MHz的基准频率信号。

本振电路的工作原理为：基准频率信号通过放大器对信号进行饱和放大，由于放大器工作在饱和区，放大后的信号中存在高次谐波，需要利用滤波器耳朵选频特性，通过五路开关滤波器组分别滤出1500MHz、1700MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz的5个点频信号，相邻两个点频信号间隔200MHz；同样地，基准频率信号通过放大器对信号进行饱和放大、滤波，再利用取样锁相振荡器，输出9.6GHz、10.6GHz、11.6GHz、12.6GHz的4个点频信号，每个点频信号间隔1GHz；将1500Hz、1700Hz、1900Hz、2100Hz、2300Hz的5个点频信号和9.6GHz、10.6GHz、11.6GHz、12.6GHz的4个点频信号进行混频，得到11.1GHz～14.9GHz的间隔200MHz的20个粗频点，对20个粗频点利用四路开关滤波器组滤出杂散，将滤出杂散后的20个粗频点作为本振信号发送至输出电路的混频器，由输出电路进行混频。

图3示例性地示出了频标电路中细点频标生成电路的电路原理示意图。如图3所示，700MHz信号输入分频器E4后进行8分频和10分频得到输出信号频率为87.5MHz、100MHz，750MHz信号输入分频器E4后进行10分频、12分频和20分频后得到输出信号频率为37.5MHz、62.5MHz、75MHz，100MHz信号输入分频器E4后分别进行2分频、4分频和8分频得到输出信号频率为12.5MHz、25MHz、50MHz；通过由EPROM和FPGA构成的时序控制电路输入可编程分频器E9的分频比，得到8个细频点，8个细频点的频率范围为12.5MHz至100MHz，相邻两个细频点的频率间隔为12.5MHz。

频标电路中共有16个细频点，电路分为8+8两部分，前8个细频点通过利用700MHz和750MHz两个频率源，以及分频电路进行分频得到8个细频点；分频电路中EPROM和FPGA实现对可编程分频器的分频比的控制，通过改变分频比实现F/N频率输出功能，达到节省设备、保证各细频点振幅一致的效果。

图4示例性地示出了频标电路的电路结构示意图，图中的箭头用于表示信号的走向。

基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器连接第二分频器W1，第二分频器我通过滤波器、放大器、衰减器连接第一二路开关滤波器组M4，第一二路开关滤波器组M4输出700MHz和750MHz的点频信号；

第一二路开关滤波器组M4通过两个放大器连接第一分频器M8；

基准频率源通过滤波器和放大器连接第一分频器M8，第一分频器M8的输出端通过衰减器连接可编程分频器W2，可编程分频器W2连接FPGA，FPGA连接EPROM。

可编程分频器W2输出12.5MHz至100MHz中的8个点频信号，相邻的两个点频信号间隔12.5MHz。

可选的，可编程分频器的型号为HCM394。

基准频率源通过两个放大器与第四混频器K2连接，可编程分频器W2的输出端与第四混频器K2连接，第四混频器K2的输出端连接中频开关滤波器组M5，中频开关滤波器组M5输出112.5MHz至200MHz的中频信号；

中频开关滤波器组M5的输出端连接第二混频器K3；

基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器连接第二二路开关滤波器组M6，第二二路开关滤波器组M6输出800MHz和900MHz的点频信号；

第二二路开关滤波器组M6通过放大器与第二混频器K3连接，第二混频器K3的输出端连接第三二路开关滤波器组M7，第三二路开关滤波器组M7输出912.5MHz至1100MHz的信号。

基准频率源用于提供频率为100MHz的基准频率信号。

频标电路的工作原理为：

频标电路的细点频率通过两次变频实现。

一、对100MHz基准频率信号进行2分频，取50MHz信号进行饱和放大，通过第一二路开关滤波器组取出50MHz信号的14、15次谐波分量并进行放大，得到700MHz信号和750MHz信号；700MHz信号进行8分频和10分频，得到的信号为87.5MHz、100MHz，750MHz信号进行10分频、12分频和20分频，得到的信号为37.5MHz、62.5MHz、75MHz；再将100MHz进行2分频、4分频、8分频得到的信号为12.5MHz、25MHz、50MHz，通过时序电路可以将上述得到的信号组成一组间隔12.5MHz、带宽100MHz的跳频信号，再将该组间隔12.5MHz、带宽100MHz的跳频信号与100MHz基准频率信号进行混频处理以及通过开关滤波器组滤除杂散后，输出112.5MHz至200MHz的中频信号；

二、将112.5MHz至200MHz的中频信号与利用100MHz基准频率信号生成的800MHz、900MHz信号进行混频并滤除杂散，得到16个细频点，频率范围为912.5MHz至1100MHz，相邻两个细频点的频率间隔为12.5MHz，将16给细频点发送至输出电路的混频器，由输出电路进行混频。

本实用新型实施例提供的Ku波段直接式频率综合器的相躁计算结果如下：

相噪计算

设计用晶体振荡器相噪＝－155dBc/Hz@1KHz；

细频点最高频率1300MHz，频率倍数N＝1300/100＝13；

细频点相噪＝－155+20lgN+3＝－155+20lg13+3＝-129dBc/Hz@1KHz；

粗频点最高频率16GHz，频率倍数N＝16000/100＝160；

粗频点相噪＝－155+20lg160+3＝-108dBc/Hz@1KHz；

由以上分析得知，细频点频率对频率综合器相噪影响较小，考虑到上变频器模块恶化3dB，该Ku波段直接式频率综合器的最低相噪为－105dBc/Hz@1KHz，对Ku波段而言相噪较小。

本实用新型实施例提供的Ku波段直接式频率综合器，包括本振电路、频标电路以及输出电路、输出电路包括第一混频器和滤波器，第一混频器与滤波器连接；本振电路的输出端与输出电路的第一混频器连接；频标电路的输出端与输出电路的第一混频器连接；通过本振电路产生20个粗频点，频标电路产生16个细频点，由输出电路将粗频点和细频点进行混频、滤除杂散得到需要的频率信号；解决了直接式频率综合器中上变频电路中涉及的杂散较多，对上变频的输出信号频率选择不当容易造成输出频率中杂散信号多的问题；实现了满足频率合成器输出频带宽、杂散抑制程度高、频率捷变速度快的效果。

需要说明的是：上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种Ku波段直接式频率综合器，其特征在于，包括本振电路、频标电路以及输出电路；

所述输出电路包括第一混频器和滤波器，所述第一混频器与所述滤波器连接；

所述本振电路的输出端与所述输出电路的所述第一混频器连接；

所述频标电路的输出端与所述输出电路的所述第一混频器连接；

所述本振电路包括基准频率源、滤波器、四路开关滤波器组、五路开关滤波器组和取样锁相振荡器；

所述频标电路包括800MHz和900MHz点频频率源、细点频标生成电路、第二混频器，所述900MHz点频频率源与所述细点频标生成电路的输出端分别连接所述第二混频器；

所述细点频标生成电路包括现场可编程门阵列FPGA、可擦除可编程只读存储器EPROM、可编程分频器、第一分频器、基准频率源、750MHz和700MHz频率源；所述基准频率源和所述750MHz和700MHz频率源分别与所述第一分频器连接，所述第一分频器的输出端与所述可编程分频器连接，所述可编程分频器与所述FPGA连接，所述FPGA与所述EPROM连接。

2.根据权利要求1所述的Ku波段直接式频率综合器，其特征在于，所述本振电路还包括第三混频器；

所述基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器与所述五路开关滤波器组连接，所述五路开关滤波器组选通1500MHz、1700MHz、1900MHz、2100MHz、2300MHz的点频信号；

所述五路开关滤波器组连接所述第三混频器；

所述基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器与所述取样锁相振荡器连接，所述取样锁相振荡器输出9.6GHz、10.6GMHz、11.GGMHz、12.6GMHz的点频信号；

所述取样锁相振荡器与所述第三混频器连接，所述第三混频器与所述四路开关滤波器组连接，所述四路开关滤波器组输出11.1GMHz至14.9GHz中的20个点频信号，相邻的两个所述点频信号间隔200MHz。

3.根据权利要求1所述的Ku波段直接式频率综合器，其特征在于，

所述基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器连接第二分频器，所述第二分频器通过滤波器、放大器、衰减器连接第一二路开关滤波器组，所述第一二路开关滤波器组输出700MHz和750MHz的点频信号；

所述第一二路开关滤波器组通过两个放大器连接所述第一分频器；

所述基准频率源通过滤波器和放大器连接所述第一分频器，所述第一分频器的输出端通过衰减器连接所述可编程分频器，所述可编程分频器连接所述FPGA，所述FPGA连接所述EPROM；

所述可编程分频器输出12.5MHz至100MHz中的8个点频信号，相邻的两个点频信号间隔12.5MHz；

所述基准频率源通过两个放大器与第四混频器连接，所述可编程分频器的输出端与所述第四混频器连接，所述第四混频器的输出端连接中频开关滤波器组，所述中频开关滤波器组输出112.5MHz至200MHz的中频信号；

所述中频开关滤波器组的输出端连接第二混频器；

所述基准频率源通过滤波器、放大器、衰减器连接第二二路开关滤波器组，所述第二二路开关滤波器组输出800MHz和900MHz的点频信号；

所述第二二路开关滤波器组通过放大器与所述第二混频器连接，所述第二混频器的输出端连接第三二路开关滤波器组，所述第三二路开关滤波器组输出912.5MHz至1100MHz的信号。