CN209642645U - 一种毫米波快速频率综合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种毫米波快速频率综合器，包括：晶体振荡器、第一谐波发生器、功分器、高频滤波模块、低频滤波模块、毫米波滤波模块和混频器。第一谐波发生器的输入端与晶体振荡器的输出端相连，第一谐波发生器的输出端与功分器的输入端相连，功分器的第一输出端与高频滤波模块的输入端相连，功分器的第二输出端与低频滤波模块的输入端相连。混频器的第一输入端与高频滤波模块的输出端相连，混频器的第二输入端与低频滤波模块的输出端相连，混频器的输出端与毫米波滤波模块的输入端相连，毫米波滤波模块的输出端作为频率综合器的射频输出端。本实用新型能提高产品的可靠性和工作性能。

Description

一种毫米波快速频率综合器

技术领域

本实用新型涉及通讯技术领域，尤其涉及一种毫米波快速频率综合器。

背景技术

频率源技术是一种技术难度很大的先进电路技术，它的好坏直接影响雷达、通信、导航、空间电子技术与仪器仪表等的性能指标。频率源是用来提供各种信号的电子设备。频率源分为自激振荡源和合成频率源。常见的自激振荡源有晶体振荡器、介质振荡器、压控振荡器等；合成频率源是上世纪70年代发展起来的具有高技术含量的新型频率源，目前已经被广泛应用。合成频率源的主要优点是频率稳定度高、使用灵活、控制方便、指标优越。缺点是技术难度大、成本高昂。当前，直接模拟式频率综合器其合成方法有很多种，归纳起来都是对基准频率进行各种加减乘除。通过对频率进行运算产生出各种新频率，再用滤波器和电子开关选出所需的频率来，经放大器、滤波器输出。直接模拟式频率综合器的设计方案有很多种，但随着电子技术的不断发展，工作频率越来越高，现有这些方案不能兼顾毫米波频段、低相位噪声、频率捷变等技术指标。

实用新型内容

本实用新型提供一种毫米波快速频率综合器，解决现有直接模拟式频率综合器不能兼顾毫米波频段、低相位噪声和频率捷变的问题，能提高产品的可靠性和工作性能。

为实现以上目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种毫米波快速频率综合器，包括：晶体振荡器、第一谐波发生器、功分器、高频滤波模块、低频滤波模块、毫米波滤波模块和混频器；

所述第一谐波发生器的输入端与所述晶体振荡器的输出端相连，所述第一谐波发生器的输出端与所述功分器的输入端相连，所述功分器的第一输出端与所述高频滤波模块的输入端相连，所述功分器的第二输出端与所述低频滤波模块的输入端相连；

所述混频器的第一输入端与所述高频滤波模块的输出端相连，所述混频器的第二输入端与所述低频滤波模块的输出端相连，所述混频器的输出端与所述毫米波滤波模块的输入端相连，所述毫米波滤波模块的输出端作为频率综合器的射频输出端；

所述晶体振荡器通过第一谐波发生器产生所需的谐波频率，经所述功分器分成两路信号，一路信号经所述高频滤波模块选通所需的第一设定频率点信号，另一路信号经所述低频滤波模块选通所需的第二设定频率点信号，再通过混频器将所述第一设定频率点信号和所述第二设定频率点信号进行混频后产生设定的射频信号，进而通过所述毫米波滤波模块对射频信号进行滤波后输出。

优选的，所述高频滤波模块包括：第一滤波器、第二谐波发生器、第二滤波器、高频开关滤波器组和第一放大器；

所述第一滤波器的输入端作为所述高频滤波模块的输入端，所述第一滤波器的输出端与所述第二谐波发生器的输入端相连；

所述第二滤波器的输入端与所述第二谐波发生器的输出端相连，所述第二滤波器的输出端与所述高频开关滤波器组的输入端相连，所述高频开关滤波器组的输出端与所述第一放大器的输入端相连，所述第一放大器的输出端作为所述高频滤波模块的输出端。

优选的，所述高频开关滤波器组包括：第一SPDT开关、第二SPDT 开关、第一SP3T开关和第二SP3T开关；

所述第一SPDT开关的输入端作为所述高频开关滤波器组的输入端，所述第一SPDT开关的第一输出端与所述第一SP3T开关的输入端相连，所述第一SPDT开关的第二输出端与所述第二SP3T开关的输入端相连；

所述第二SPDT开关的第一输入端与所述第一SP3T开关的输出端相连，所述第二SPDT开关的第二输入端与所述第二SP3T开关的输出端相连，所述第二SPDT开关的输出端作为所述高频开关滤波器组的输出端。

优选的，所述低频滤波模块包括：第三滤波器、低频开关滤波器组和第二放大器；

所述第三滤波器的输入端作为所述低频滤波模块的输入端，所述第三滤波器的输出端与所述低频开关滤波器组的输入端相连，所述低频开关滤波器组的输出端与所述第二放大器的输入端相连，所述第二放大器的输出端作为所述低频滤波模块的输出端。

优选的，所述低频开关滤波器组包括：第三SPDT开关、第四SPDT 开关、SP6T开关和SP5T开关；

所述第三SPDT开关的输入端作为所述低频开关滤波器组的输入端，所述第三SPDT开关的第一输出端与所述SP6T开关的输入端相连，所述第三SPDT开关的第二输出端与所述SP5T开关的输入端相连；

所述第四SPDT开关的第一输入端与所述SP6T开关的输出端相连，所述第四SPDT开关的第二输入端与所述SP5T开关的输出端相连，所述第四 SPDT开关的输出端作为所述低频开关滤波器组的输出端。

优选的，所述毫米波滤波模块包括：射频开关滤波器、第三放大器、倍频器、第四放大器和毫米波开关滤波器；

所述射频开关滤波器的输入端作为所述毫米波滤波模块的输入端，所述射频开关滤波器的输出端与所述第三放大器的输入端相连，所述第三放大器的输出端与所述倍频器的输入端相连，所述倍频器的输出端与所述第四放大器的输入端相连，所述第四放大器的输出端与所述毫米波开关滤波器的输入端相连，所述毫米波开关滤波器的输出端作为所述毫米波滤波模块的输出端。

优选的，还包括：控制模块；

所述控制模块用于对所述高频滤波模块和所述低频滤波模块输出的频率点信号进行选通。

本实用新型提供一种毫米波快速频率综合器，通过功分器将信号分成两路信号，将一路信号通过高频滤波选通所需的第一频率点信号，对另一路信号通过低频滤波选通所需的第二频率点信号，将两路信号混频后得到设定的射频信号。解决现有直接模拟式频率综合器不能兼顾毫米波频段、低相位噪声和频率捷变的问题，能提高产品的可靠性和工作性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1：是本实用新型提供的一种毫米波快速频率综合器的结构示意图；

图2：是本实用新型实施例提供的频率综合器的结构示意图；

图3：是本实用新型实施例提供的高频滤波器组的结构示意图；

图4：是本实用新型实施例提供的低频滤波器组的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例作进一步的详细说明。

针对当前毫米波频率综合器存在的问题，本实用新型提供一种毫米波快速频率综合器，通过功分器将信号分成两路信号，将一路信号通过高频滤波选通所需的第一频率点信号，对另一路信号通过低频滤波选通所需的第二频率点信号，将两路信号混频后得到设定的射频信号。解决现有直接模拟式频率综合器不能兼顾毫米波频段、低相位噪声和频率捷变的问题，能提高产品的可靠性和工作性能。

如图1所示，一种毫米波快速频率综合器，包括：晶体振荡器、第一谐波发生器、功分器、高频滤波模块、低频滤波模块、毫米波滤波模块和混频器。所述第一谐波发生器的输入端与所述晶体振荡器的输出端相连，所述第一谐波发生器的输出端与所述功分器的输入端相连，所述功分器的第一输出端与所述高频滤波模块的输入端相连，所述功分器的第二输出端与所述低频滤波模块的输入端相连。所述混频器的第一输入端与所述高频滤波模块的输出端相连，所述混频器的第二输入端与所述低频滤波模块的输出端相连，所述混频器的输出端与所述毫米波滤波模块的输入端相连，所述毫米波滤波模块的输出端作为频率综合器的射频输出端。所述晶体振荡器通过第一谐波发生器产生所需的谐波频率，经所述功分器分成两路信号，一路信号经所述高频滤波模块选通所需的第一设定频率点信号，另一路信号经所述低频滤波模块选通所需的第二设定频率点信号，再通过混频器将所述第一设定频率点信号和所述第二设定频率点信号进行混频后产生设定的射频信号，进而通过所述毫米波滤波模块对射频信号进行滤波后输出。

具体地，如图2所示，该频率综合器包括依次电联接的晶体振荡器、第一谐波发生器、功分器、第一滤波器、第二谐波发生器、第二滤波器、高频开关滤波器组、第一放大器、第三滤波器、低频开关滤波器组、第二放大器、混频器、射频开关滤波器组、第三放大器、倍频器、第四放大器、毫米波开关滤波器组。该频率综合器采用谐波发生器，产生所需的谐波频率，再用两组开关滤波组件将其分别选出，然后通过混频产生15～20GHz 的高稳信号，通过二倍频器产生所需的30～40GHz的毫米波频率信号。本实用新型的方案将基于谐波发生器加开关滤波组件的直接频率合成技术，产生了两组频率信号，结合混频、倍频法，实现了毫米波频率综合器的设计，而且具有频率快速捷变、信号谱纯净度高、体积小、重量轻等优点。

需要说明的是，可选取的是具有超低静态相位噪声的100MHz晶振，其相位噪声指标是-165dBc/Hz@1KHz，根据相噪恶化公式，计算出相噪恶化值，在40GHz处，最差的相位噪声约为-165+20log(40000/100)+5≈-108 dBc/Hz@1KHz。

所述高频滤波模块包括：第一滤波器、第二谐波发生器、第二滤波器、高频开关滤波器组和第一放大器。所述第一滤波器的输入端作为所述高频滤波模块的输入端，所述第一滤波器的输出端与所述第二谐波发生器的输入端相连。所述第二滤波器的输入端与所述第二谐波发生器的输出端相连，所述第二滤波器的输出端与所述高频开关滤波器组的输入端相连，所述高频开关滤波器组的输出端与所述第一放大器的输入端相连，所述第一放大器的输出端作为所述高频滤波模块的输出端。

如图3所示，所述高频开关滤波器组包括：第一SPDT开关、第二SPDT 开关、第一SP3T开关和第二SP3T开关。所述第一SPDT开关的输入端作为所述高频开关滤波器组的输入端，所述第一SPDT开关的第一输出端与所述第一SP3T开关的输入端相连，所述第一SPDT开关的第二输出端与所述第二SP3T开关的输入端相连。所述第二SPDT开关的第一输入端与所述第一SP3T开关的输出端相连，所述第二SPDT开关的第二输入端与所述第二SP3T开关的输出端相连，所述第二SPDT开关的输出端作为所述高频开关滤波器组的输出端。

如图2所示，所述低频滤波模块包括：第三滤波器、低频开关滤波器组和第二放大器。所述第三滤波器的输入端作为所述低频滤波模块的输入端，所述第三滤波器的输出端与所述低频开关滤波器组的输入端相连，所述低频开关滤波器组的输出端与所述第二放大器的输入端相连，所述第二放大器的输出端作为所述低频滤波模块的输出端。

如图4所示，所述低频开关滤波器组包括：第三SPDT开关、第四SPDT 开关、SP6T开关和SP5T开关。所述第三SPDT开关的输入端作为所述低频开关滤波器组的输入端，所述第三SPDT开关的第一输出端与所述SP6T 开关的输入端相连，所述第三SPDT开关的第二输出端与所述SP5T开关的输入端相连。所述第四SPDT开关的第一输入端与所述SP6T开关的输出端相连，所述第四SPDT开关的第二输入端与所述SP5T开关的输出端相连，所述第四SPDT开关的输出端作为所述低频开关滤波器组的输出端。

在实际应用中，晶体振荡器产生100MHz的参考信号，进入第一谐波发生器，产生丰富的谐波信号，通过功分器功分两路输出。功分器输出一路经过第三滤波器，选择出2.5GHz～3.5GHz，步进为100MHz的信号，信号通过低频开关滤波器组选通所需要的频率点，f0±100MHz抑制大于 65dBc,经第二放大器后到混频中频端功率为-10dBm。功分器输出另一路经过第一滤波器选择出1GHz的信号，12GHz～17GHz信号通过1GHz的第二谐波发生器产生，通过第二滤波器选择出12GHz-17GHz，步进为1GHz 的信号，通过高频开关滤波器选通所需要的频率点，f0±1GHz抑制大于 70dBc,经第一放大器后到混频本振端功率为+13dBm。两路信号经混频器混频后产生15GHz～20GHz，步进为100MHz的射频信号，通过射频开关滤波器组对信号进行滤波，进入第三放大器，为倍频器提供足够强度的激励信号，通过倍频器产生30～40GHz，步进为200MHz的毫米波信号，通过第四放大器放大，进入毫米波开关滤波器组，主要是为了滤除15GHz～ 20GHz的无用信号以及本振信号的两次谐波进入毫米波带内。

需要说明的是，15～20GHz频率是由12GHz～17GHz本振信号和 2.5GHz～3.5GHz中频信号混频产生的，选用的混频器是Marki的MM1-0626HCH-2，注入到混频器的本振功率：+13dBm，注入到混频器的中频功率：-10dBm，三阶交调杂散为-73dBc,从而保证了杂散的要求,频率器的杂散特性见表1。

表1混频器杂散表

如图2所示，所述毫米波滤波模块包括：射频开关滤波器、第三放大器、倍频器、第四放大器和毫米波开关滤波器。所述射频开关滤波器的输入端作为所述毫米波滤波模块的输入端，所述射频开关滤波器的输出端与所述第三放大器的输入端相连，所述第三放大器的输出端与所述倍频器的输入端相连，所述倍频器的输出端与所述第四放大器的输入端相连，所述第四放大器的输出端与所述毫米波开关滤波器的输入端相连，所述毫米波开关滤波器的输出端作为所述毫米波滤波模块的输出端。

进一步，该频率综合器还包括：控制模块；所述控制模块用于对所述高频滤波模块和所述低频滤波模块输出的频率点信号进行选通。

在实际应用中，毫米波频率合成器通过6位并码进行频率控制，通过 CPLD进行控制编码，控制码如表2所示。

表2频率控制码定义

频率切换的时间主要是由使用的开关的切换时间决定的，跳频时间主要取决于电子开关的速度，目前开关速度一般在几十ns，通过快速开关切换实现频率捷变，实际测试跳频速度小于200ns。二选一开关可选用的是 NC1646C-120，其开关速度小于10ns，四选一开关可选用的是 BW121/BW122，开关时间是70ns，由此可见，频率切换时间要求小于200ns 是可以达到的。

可见，本实用新型提供一种毫米波快速频率综合器，通过功分器将信号分成两路信号，将一路信号通过高频滤波选通所需的第一频率点信号，对另一路信号通过低频滤波选通所需的第二频率点信号，将两路信号混频后得到设定的射频信号。解决现有直接模拟式频率综合器不能兼顾毫米波频段、低相位噪声和频率捷变的问题，能提高产品的可靠性和工作性能。同时，采用的是微波混合集成工艺，元器件尽量选择芯片封装的器件，对于传统的腔体滤波器用MEMS滤波器进行替代，实现了产品的小型化设计。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种毫米波快速频率综合器，其特征在于，包括：晶体振荡器、第一谐波发生器、功分器、高频滤波模块、低频滤波模块、毫米波滤波模块和混频器；

所述第一谐波发生器的输入端与所述晶体振荡器的输出端相连，所述第一谐波发生器的输出端与所述功分器的输入端相连，所述功分器的第一输出端与所述高频滤波模块的输入端相连，所述功分器的第二输出端与所述低频滤波模块的输入端相连；

所述混频器的第一输入端与所述高频滤波模块的输出端相连，所述混频器的第二输入端与所述低频滤波模块的输出端相连，所述混频器的输出端与所述毫米波滤波模块的输入端相连，所述毫米波滤波模块的输出端作为频率综合器的射频输出端；

所述晶体振荡器通过第一谐波发生器产生所需的谐波频率，经所述功分器分成两路信号，一路信号经所述高频滤波模块选通所需的第一设定频率点信号，另一路信号经所述低频滤波模块选通所需的第二设定频率点信号，再通过混频器将所述第一设定频率点信号和所述第二设定频率点信号进行混频后产生设定的射频信号，进而通过所述毫米波滤波模块对射频信号进行滤波后输出。

2.根据权利要求1所述的毫米波快速频率综合器，其特征在于，所述高频滤波模块包括：第一滤波器、第二谐波发生器、第二滤波器、高频开关滤波器组和第一放大器；

所述第一滤波器的输入端作为所述高频滤波模块的输入端，所述第一滤波器的输出端与所述第二谐波发生器的输入端相连；

所述第二滤波器的输入端与所述第二谐波发生器的输出端相连，所述第二滤波器的输出端与所述高频开关滤波器组的输入端相连，所述高频开关滤波器组的输出端与所述第一放大器的输入端相连，所述第一放大器的输出端作为所述高频滤波模块的输出端。

3.根据权利要求2所述的毫米波快速频率综合器，其特征在于，所述高频开关滤波器组包括：第一SPDT开关、第二SPDT开关、第一SP3T开关和第二SP3T开关；

所述第一SPDT开关的输入端作为所述高频开关滤波器组的输入端，所述第一SPDT开关的第一输出端与所述第一SP3T开关的输入端相连，所述第一SPDT开关的第二输出端与所述第二SP3T开关的输入端相连；

所述第二SPDT开关的第一输入端与所述第一SP3T开关的输出端相连，所述第二SPDT开关的第二输入端与所述第二SP3T开关的输出端相连，所述第二SPDT开关的输出端作为所述高频开关滤波器组的输出端。

4.根据权利要求1所述的毫米波快速频率综合器，其特征在于，所述低频滤波模块包括：第三滤波器、低频开关滤波器组和第二放大器；

所述第三滤波器的输入端作为所述低频滤波模块的输入端，所述第三滤波器的输出端与所述低频开关滤波器组的输入端相连，所述低频开关滤波器组的输出端与所述第二放大器的输入端相连，所述第二放大器的输出端作为所述低频滤波模块的输出端。

5.根据权利要求4所述的毫米波快速频率综合器，其特征在于，所述低频开关滤波器组包括：第三SPDT开关、第四SPDT开关、SP6T开关和SP5T开关；

所述第三SPDT开关的输入端作为所述低频开关滤波器组的输入端，所述第三SPDT开关的第一输出端与所述SP6T开关的输入端相连，所述第三SPDT开关的第二输出端与所述SP5T开关的输入端相连；

所述第四SPDT开关的第一输入端与所述SP6T开关的输出端相连，所述第四SPDT开关的第二输入端与所述SP5T开关的输出端相连，所述第四SPDT开关的输出端作为所述低频开关滤波器组的输出端。

6.根据权利要求1所述的毫米波快速频率综合器，其特征在于，所述毫米波滤波模块包括：射频开关滤波器、第三放大器、倍频器、第四放大器和毫米波开关滤波器；

所述射频开关滤波器的输入端作为所述毫米波滤波模块的输入端，所述射频开关滤波器的输出端与所述第三放大器的输入端相连，所述第三放大器的输出端与所述倍频器的输入端相连，所述倍频器的输出端与所述第四放大器的输入端相连，所述第四放大器的输出端与所述毫米波开关滤波器的输入端相连，所述毫米波开关滤波器的输出端作为所述毫米波滤波模块的输出端。

7.根据权利要求6所述的毫米波快速频率综合器，其特征在于，还包括：控制模块；

所述控制模块用于对所述高频滤波模块和所述低频滤波模块输出的频率点信号进行选通。