CN209881735U - 一种新型高速Ku波段低相噪微波源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型高速Ku波段低相噪微波源，包括屏蔽盒体和基板，所述基体设置于屏蔽盒体内部，所述基板上载有本振电路、DDS电路、混频器和倍频滤波电路；所述本振电路输出的一路信号作为DDS的参考时钟信号输入；另一路信号作为混频器的本振信号输入，与DDS电路的输出信号混频后，经倍频滤波电路输出。倍频电路为阶跃二极管，创新地把直接数字频率合成与点频下变频和阶跃恢复二极管倍频相结合，使本实用新型具有低相位噪声、捷变频、宽带等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频和微波电子领域，尤其涉及一种新型高速Ku波段低相噪微波源。
背景技术
高相噪的频率信号源是现代射频和微波电子系统的心脏，其性能直接影响整个电子系统。 随着无线电技术的发展，特别是在现代复杂电磁环境中，要提高接收机的信号截获能力和动态范围，需对频率合成器进行捷变频和低相噪设计；其中传统的高相噪频率源是由DRO和YIG经过模拟鉴相器其中锁相输出得到；DRO的缺点是无法实现宽带多频点，所以DRO在点频工作时具有很大的优势；YIG的缺点是成本高、锁相时间慢。由于其高昂的成本、锁相频率带宽窄、体积大、频率步进大的特点，所以在结构加工，材料的焊接工艺等方面很难保证相关技术要求，或者就是结构复杂不容易调试，大批量生产受到限制。同时再很多应用中捷变、宽带、低相噪不能兼得。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提出一种新型高速Ku波段低相噪微波源，包括屏蔽盒体和基板，所述基体设置于屏蔽盒体内部，所述基板上载有本振电路、DDS电路、混频器和倍频滤波电路；所述本振电路输出的一路信号作为DDS的参考时钟信号输入；另一路信号作为混频器的本振信号输入，与DDS电路的输出信号混频后，经倍频滤波电路输出。
优选的，所述本振电路包括晶振、第一级低噪声放大器、第一倍频电路、第一带通滤波器、第二级低噪声放大器和一分二功分器；所述晶振产生的信号经第一级低噪声放大器放大后，作为第一倍频电路的输入，得到的信号经第一带通滤波器滤除杂散后，经第二级低噪声放大器放大处理，并送入一分二功分器，输出两路信号。
优选的，所述晶振为温补晶振。
优选的，所述DDS电路包括直接数字频率合成器和第二带通滤波器；本振电路的一路输出作为直接数字频率合成器的参考时钟，输出信号经第二带通滤波器滤除杂散后输出。
优选的，所述倍频滤波电路包括第三带通滤波器、第一放大器、第二倍频电路、选通模块和第二放大器；混频器的输出经第三带通滤波器滤波后输出至第一放大器进行放大处理，再由第二倍频电路倍频，输出信号经选通模块进行分段滤除杂散后合路输出至第二放大器，放大输出为射频宽带信号。
优选的，所述选通模块包括两个一选四开关，两个开关之间并联有4个带通滤波器。
优选的，倍频电路为阶跃二极管。
优选的，所述屏蔽盒体有2个，所述本振电路、DDS电路和混频器设置于第一屏蔽盒体内；所述倍频滤波电路设置于第二屏蔽盒体内；屏蔽盒体之间通过射频同轴SMA连接器连接。
优选的，还包括电源供给电路和可编程逻辑器件外围电路，所述电源供给电路用于电源供给，所述可编程逻辑器件外围电路用于控制电路运行。
优选的，所述基板为宽介电常数罗杰斯覆铜箔基板。
本实用新型的有益效果在于：
直接数字频率合成本身具备低相噪，捷变频，细步进等特点。采用直接数字频率合成做参考，能使整个环路具有低相噪，捷变频，细步进等特点。
倍频滤波电路采用阶跃二极管的谐波倍频完成，采用混频器下变频提高倍频电路的基频信号，减少信号的倍频比，同时使用了晶振倍频输出点频做本振，额外附加相位噪声更低。
创新地把直接数字频率合成与点频下变频和阶跃恢复二极管倍频相结合，使本设计具有低相位噪声、捷变频、宽带等优点。变频时间能达到1us以内，相位噪声能达到-110dBc/Hz@10KHz@18GHz，步进能实现2.3Hz的小步进变频。
附图说明
图1是本实用新型的微波电路示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
一种新型高速Ku波段低相噪微波源，包括屏蔽盒体和基板，所述基体设置于屏蔽盒体内部，所述基板上载有本振电路、DDS电路、混频器和倍频滤波电路；所述本振电路输出的一路信号作为DDS的参考时钟信号输入；另一路信号作为混频器的本振信号输入，与DDS电路的输出信号混频后，经倍频滤波电路输出。
如图1所示，本申请的一个优选实施例中，倍频电路是由阶跃恢复二极管的谐波倍频完成，阶跃恢复二极管是一种具有很强非线性导电特性的二极管元件，它的谐波产生效率可以接近1/n，这里n表示谐波次数。阶跃恢复二极管倍频不需要空闲电路，这样就使电路十分简单和紧凑。
所述本振电路包括晶振、第一级低噪声放大器、第一阶跃恢复二极管、第一带通滤波器、第二级低噪声放大器和一分二功分器；所述晶振的输出端经过第一级低噪声放大器（LNA1）放大后，作为阶跃恢复二极管的驱动输入，由第一阶跃恢复二极管取出的本振信号经过第一带通滤波器（BPF1）滤除杂散后，再进入第二级低噪声放大器（LNA2）进行放大处理，并送入功分器一分二输出，功分器输出的一路信号作为混频器的LO本振信号输入；功分器输出的另一路信号作为DDS的参考时钟信号输入。
所述倍频滤波电路第三带通滤波器、第一放大器、第二倍频电路、一选四开关1、BPF3~BPF7、一选四开关2和第二放大器；所述混频器输出的射频信号通过第三带通滤波器（BPF3）滤波输出后，经过第一放大器进行放大输出，第一放大器输出的信号作为第二阶跃恢复二极管的驱动输入，由第二阶跃恢复二极管取出的射频信号经过一选四开关1进行选通切换（BPF3~BPF7）带通滤波器进行分段滤除杂散后输出，滤除杂散后的射频信号再通过所述的一选四开关2进行合路输出并进入第二放大器进行放大输出为射频宽带信号。
所述DDS电路包括带通滤波器和直接数字频率合成器，所述的一分二功分器功分输出的参考时钟信号输入到DDS作参考时钟，所述DDS输出射频信号进入第二带通滤波器（BPF2）滤除杂散输出，第二带通滤波器输出的信号送人到所述的混频器的IF端口和LO信号混频输出。
微波源还包括电源供给电路和可编程逻辑器件外围电路，所述电源供给电路用于电源供给，所述可编程逻辑器件外围电路用于控制电路运行。
优选的，所述屏蔽盒体有2个；所述数字电路和微波电路中的晶振所在部分，本振电路、LNA1、LNA2、第一倍频电路、BPF1、一分二功分器和混频器所在部分都在一个屏蔽盒体内；由于倍频滤波电路部分比较特殊，屏蔽盒体的屏蔽效果要做的良好，屏蔽效果要是做的不好，容易出现干扰和杂散，所以要用单独的屏蔽盒体。位于不同屏蔽盒体内的电路之间通过射频同轴SMA连接器连接。此连接器传输损耗低、结构紧凑，抗振和电磁屏蔽性能优异；分置的屏蔽盒体使系统结构更加清晰，装配更简单，且由于其屏蔽性使得系统本身性能不因相互干扰而降低。
倍频输出的相位噪声理论上比激励信号的相位噪声恶化20logN(N为倍频次数)，倍频次数越高相位噪声越差，为了合理使用倍频次数，采用混频器下变频提高倍频电路的基频信号，减少信号的倍频比，而减小因倍频次数过高而产生额外的附加相位噪声；创新使用了晶振倍频输出点频做本振，额外附加相位噪声更低。
优选的，所述晶振是温补晶振，其振荡频率稳定，可补偿因温度变化产生漂移；所述锁相环电路为单片集成锁相环芯片，其集成度较高，利于小型化涉及，此外还可应用现有技术中的相关成熟电路来实现锁相环；所述屏蔽盒体为铝质屏蔽盒体，铝是一种成本较低，且同比其他低成本金属绝缘性较好的介质。
优选的，所述基板为宽介电常数罗杰斯（4350B）覆铜箔基板，介电常数宽，并具有优异的机械、化学和物理电气性能。
优选的，低噪放、混频器、倍频电路、开关和功分器均为表贴封装的MMIC芯片，带通滤波器为自制微带滤波器，可以极大减小整个电路体积，便于组件的小型化设计。
优选的，控制器选用FPGA，频综控制程序烧录在FPGA的存储器中，便于在线修改和重复擦写，用于控制宽DDS频率输出。此外，控制器还可采用其它逻辑器件。
常规设计的频综、倍频器、带通滤波器需要在相关电磁场仿真软件中建立整个器件的模型，设定并求解相关参数，以便得到最佳性能，本实用新型也是由此得到的。以下是由系统的需求而设计的组件技术指标：
a)输出频率：12-18GHz ；
b)输出功率：10dBm；
c)相位噪声-90dBc/Hz @ 100Hz ；
-100dBc/Hz @ 1kHz ；
-110dBc/Hz @ 10kHz ；
-115dBc/Hz @ 100kHz ；
d)杂散输出：-70dBc ；
e)谐波抑制：-30dBc ；
f)工作温度：-40 〜+70°C ；
g)频率稳定度：± 300ppb (全温）
h)工作电流：+5V（800mA);12V (300mA)；
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、ROM、RAM等。
以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：包括屏蔽盒体和基板，所述基板设置于屏蔽盒体内部，所述基板上载有本振电路、DDS电路、混频器和倍频滤波电路；所述本振电路输出的一路信号作为DDS的参考时钟信号输入；另一路信号作为混频器的本振信号输入，与DDS电路的输出信号混频后，经倍频滤波电路输出。
2.根据权利要求1所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：所述本振电路包括晶振、第一级低噪声放大器、第一倍频电路、第一带通滤波器、第二级低噪声放大器和一分二功分器；所述晶振产生的信号经第一级低噪声放大器放大后，作为第一倍频电路的输入，得到的信号经第一带通滤波器滤除杂散后，经第二级低噪声放大器放大处理，并送入一分二功分器，输出两路信号。
3.根据权利要求2所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：所述晶振为温补晶振。
4.根据权利要求1所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：所述DDS电路包括直接数字频率合成器和第二带通滤波器；本振电路的一路输出作为直接数字频率合成器的参考时钟，输出信号经第二带通滤波器滤除杂散后输出。
5.根据权利要求1所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：所述倍频滤波电路包括第三带通滤波器、第一放大器、第二倍频电路、选通模块和第二放大器；混频器的输出经第三带通滤波器滤波后输出至第一放大器进行放大处理，再由第二倍频电路倍频，输出信号经选通模块进行分段滤除杂散后合路输出至第二放大器，放大输出为射频宽带信号。
6.根据权利要求5所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：所述选通模块包括两个一选四开关，两个开关之间并联有4个带通滤波器。
7.根据权利要求2或5任意一项所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：倍频电路为阶跃二极管。
8.根据权利要求1所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：所述屏蔽盒体有2个，所述本振电路、DDS电路和混频器设置于第一屏蔽盒体内；所述倍频滤波电路设置于第二屏蔽盒体内；屏蔽盒体之间通过射频同轴SMA连接器连接。
9.根据权利要求1所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：还包括电源供给电路和可编程逻辑器件外围电路，所述电源供给电路用于电源供给，所述可编程逻辑器件外围电路用于控制电路运行。
10.根据权利要求1所述的一种新型高速Ku波段低相噪微波源，其特征在于：所述基板为宽介电常数罗杰斯覆铜箔基板。
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|---|---|---|---|---|
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| CN114124152A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-03-01 | 中国航空无线电电子研究所 | 一种宽带快跳细步进频率源 |
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