CN210041797U

CN210041797U - 一种新型超宽带低相噪频率源

Info

Publication number: CN210041797U
Application number: CN201921013386.4U
Authority: CN
Inventors: 宋剑威
Original assignee: Wuxi Huace Electronic System Co Ltd
Current assignee: Wuxi Huace Electronic System Co Ltd
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-07-01

Abstract

本实用新型公开了一种新型超宽带低相噪频率源，涉及微波通信技术领域，该频率源运用高速DDS技术实现超小步进和窄带的低杂散性能，运用最新的低噪声PLL技术产生小步进、低相噪、低杂散的跳频低本振信号，运用低噪声梳状谱倍频技术产生低相噪的高本振信号，运用开关滤波技术有效降低宽带杂散，运用数控分频技术补齐低频段信号的产生，该频率源通过灵活组合运用直接频率合成技术、锁相环技术和DDS技术，最终实现超大带宽、超小步进、低相噪、低杂散、小尺寸和低成本的技术目标，使得该频率源适合作为一个通用化模块应用到任意一个对性能要求较高的系统中。

Description

一种新型超宽带低相噪频率源

技术领域

本实用新型涉及微波通信技术领域，是一种新型超宽带低相噪频率源。

背景技术

频率源是雷达系统的信号产生源，用于为雷达提供本振信号和发射激励信号，被誉为雷达系统的心脏。经过多年的研究和发展，我国在频率合成技术上已有较大突破，但如何使得频率源的带宽越来越宽、尺寸越来越小、指标越来越优秀仍是频率源研究的重点。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种新型超宽带低相噪频率源，该频率源具有超宽带、低相噪、低杂散、小步进、小尺寸和低成本的特点，适合作为一个通用化模块应用到任意一个对性能要求较高的系统中。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型超宽带低相噪频率源，该新型超宽带低相噪频率源包括：晶体振荡器产生的参考信号通过第一功分器功分为两路，一路作为第一参考激励提供给锁相环、另一路提供给第一低噪声倍频电路进行倍频滤波，锁相环在第一参考激励的作用下产生跳频低本振信号并连接到第一混频器；第一低噪声倍频电路的输出信号通过第二功分器功分为两路，一路作为第二参考激励提供给低噪声梳状谱倍频器、另一路提供给第二低噪声倍频电路进行倍频滤波，低噪声梳状谱倍频器在第二参考激励的作用下产生谐波信号，谐波信号通过第一开关滤波器组产生高本振信号并连接到第二混频器，第二低噪声倍频电路对经过第一低噪声倍频电路倍频滤波后的参考信号再次进行倍频滤波产生3.6GHz的输出信号，第二低噪声倍频电路的3.6GHz的输出信号通过第三功分器功分为两路，一路作为第三参考激励提供给DDS、另一路作为频标信号连接到第三混频器；

DDS在3.6GHz的第三参考激励的作用下产生中频信号并连接到第一混频器，第一混频器对中频信号和跳频低本振信号进行混频后经过第二开关滤波器组连接到第二混频器，第二混频器对第二开关滤波器组输出的信号和高本振信号进行混频后经过第三开关滤波器组输入到第四开关滤波器组的输入端，第四开关滤波器组的一路通道直通至输出端、另一路通道连接到第三混频器与3.6GHz的频标信号进行混频，第三混频器的输出端经过第五开关滤波器组连通至第四开关滤波器组的输出端，第四开关滤波器组的输出端连接数控分频器进行输出。

其进一步的技术方案为，第一开关滤波器组和第二开关滤波器组分别为三选一开关滤波器组，第三开关滤波器组、第四开关滤波器组和第五开关滤波器组分别为二选一开关滤波器组；晶体振荡器产生的100MHz的参考信号，锁相环在100MHz的第一参考激励的作用下产生2.1～3.1GHz、步进为20MHz的跳频低本振信号；第一低噪声倍频电路对100MHz的参考信号倍频滤波后产生1.2GHz的信号；低噪声梳状谱倍频器在1.2GHz的第二参考激励的作用下产生1.2GHz的谐波信号并经第一开关滤波器组后产生10.8GHz、12GHz和13.2GHz的高本振信号；第二低噪声倍频电路对1.2GHz的信号倍频滤波后产生3.6GHz的信号；

DDS在3.6GHz的第三参考激励的作用下产生500±10MHz、最小步进为Step的中频信号，Step小于1Hz，第一混频器对中频信号和2.1～3.1GHz、步进为20MHz的跳频低本振信号进行混频，第一混频器输出的信号经第二开关滤波器组后产生2.4～3.6GHz、最小步进为Step的信号；第二混频器对第二开关滤波器组输出的2.4～3.6GHz的信号和高本振信号进行混频后经第三开关滤波器组产生13.2～16.8GHz的信号输给第四开关滤波器组，第四开关滤波器组的一路通道直通产生13.2～16.8GHz的信号，另一路通道连接到第三混频器与3.6GHz的频标信号进行混频并经过第五开关滤波器组产生10～13.2GHz和16.8～20GHz两路信号，第四开关滤波器组产生的三路信号形成10～20GHz的宽带信号并经过数控分频器得到0.625～20GHz、步进为Step的超宽带信号。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种新型超宽带低相噪频率源，该频率源运用高速DDS技术实现超小步进和窄带的低杂散性能，运用最新的低噪声PLL技术产生小步进、低相噪、低杂散的跳频低本振信号，运用低噪声梳状谱倍频技术产生低相噪的高本振信号，运用开关滤波技术有效降低宽带杂散，运用数控分频技术补齐低频段信号的产生，该频率源通过灵活组合运用直接频率合成技术、锁相环技术和DDS技术，最终实现超大带宽、超小步进、低相噪、低杂散、小尺寸和低成本的技术目标，使得该频率源适合作为一个通用化模块应用到任意一个对性能要求较高的系统中。

附图说明

图1是本申请公开的新型超宽带低相噪频率源的频率合成方案原理图。

图2是本申请公开的新型超宽带低相噪频率源一种技术指标最优的频率合成方案图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种新型超宽带低相噪频率源，请参考图1，该新型超宽带低相噪频率源包括：晶体振荡器产生的参考信号通过第一功分器功分为两路，一路作为第一参考激励提供给锁相环(PLL)、另一路提供给第一低噪声倍频电路进行倍频滤波。PLL在第一参考激励的作用下产生跳频低本振信号并连接到第一混频器V1。第一低噪声倍频电路的输出信号通过第二功分器功分为两路，一路作为第二参考激励提供给低噪声梳状谱倍频器、另一路提供给第二低噪声倍频电路进行倍频滤波。低噪声梳状谱倍频器在第二参考激励的作用下产生谐波信号，谐波信号通过第一开关滤波器组产生高本振信号并连接到第二混频器V2。第二低噪声倍频电路对经过第一低噪声倍频电路倍频滤波后的参考信号再次进行倍频滤波产生3.6GHz的输出信号，第二低噪声倍频电路产生的3.6GHz的输出信号通过第三功分器功分为两路，一路作为第三参考激励提供给DDS(DDS)、另一路作为频标信号连接到第三混频器V3。其中第一低噪声倍频电路和第二低噪声倍频电路可以分别由倍频器和滤波器构建。

DDS在3.6GHz的第三参考激励产生的作用下产生中频信号并连接到第一混频器V1，第一混频器V1对中频信号和跳频低本振信号进行混频。经第一混频器V1混频后的信号经过第二开关滤波器组然后连接到第二混频器V2，第二混频器V2对第二开关滤波器组输出的信号和高本振信号进行混频。经二混频器V2混频后的信号经过第三开关滤波器组输入到第四开关滤波器组的输入端，第四开关滤波器组的一路通道直通至该第四开关滤波器组的输出端、另一路通道连接到第三混频器V3，由第三混频器V3将其与3.6GHz的频标信号进行混频。经第三混频器混频后的信号经过第五开关滤波器组后连通至第四开关滤波器组的输出端。第四开关滤波器组的输出端连接数控分频器进行输出。

本申请运用最新高速DDS技术实现小于1Hz的超小步进和窄带的低杂散性能，运用最新的低噪声PLL技术产生小步进、低相噪、低杂散的跳频低本振信号，运用低噪声梳状谱倍频技术产生低相噪的高本振信号，运用开关滤波技术有效降低宽带杂散，运用数控分频技术补齐低频段信号的产生，最终实现超宽带频率覆盖，因此本申请的频率源可以实现超宽带、低相噪、低杂散、小步进、小尺寸和低成本，非常适合作为一个通用化模块应用到任意一个对性能要求较高的系统中。同时，本申请还对该频率源中所涉及到的频率合成方案进行了精心设计使整个频率源的性能和指标达到最优效果，可以最终实现0.625～20GHz的超宽带频率覆盖，具体的，请参考图2：

第一开关滤波器组和第二开关滤波器组均为三选一开关滤波器组，分别包括输入单刀三掷开关、三路滤波器和输出单刀三掷开关，输入单刀三掷开关的固定端作为三选一开关滤波器组的输入端，输出单刀三掷开关的固定端作为三选一开关滤波器组的输出端，三路滤波器的输入端分别连接输入单刀三掷开关的三个活动端、输出端分别连接输出单刀三掷开关的三个活动端形成三路滤波通道。第三开关滤波器组和第五开关滤波器组均为二选一开关滤波器组，分别包括输入单刀双掷开关、两路滤波器和输出单刀双掷开关，输入单刀双掷开关的固定端作为二选一开关滤波器组的输入端，输出单刀双掷开关的固定端作为三选一开关滤波器组的输出端，两路滤波器的输入端分别连接括输入单刀双掷开关的两个活动端、输出端分别连接输出单刀双掷开关的两个活动端形成两路滤波通路。第四开关滤波器组也为二选一开关滤波器组，包括输入单刀双掷开关和输出单刀双掷开关，输入单刀双掷开关的固定端作为第四开关滤波器组的输入端，输出单刀双掷开关的固定端作为第四开关滤波器组的输出端，输入单刀双掷开关的一个活动端和输出单刀双掷开关的一个活动端直接相连形成一路直通的通道，由于该通道的信号未经过混频，所以该通道上不需要设置滤波器，输入单刀双掷开关的另一个活动端连接到第三混频器V3，第三混频器V3连接到第五开关滤波器组的输入端，第五开关滤波器组的输出端连接到输出单刀双掷开关的另一个活动端形成另一路混频滤波通道。

晶体振荡器产生100M的参考信号，100M的参考信号经过第一功分器功分后一路作为第一参考激励给PLL、另一路给第一低噪声倍频电路。PLL在100M的第一参考激励的作用下产生2.1～3.1GHz、步进为20MHz的跳频低本振信号给第一混频器V1。第一低噪声倍频电路对100M的信号进行倍频滤波后产生1.2GHz的信号，1.2GGHz的信号经过第二功分器功分后一路作为第二参考激励给低噪声梳状谱倍频器、另一路给第二低噪声倍频电路。低噪声梳状谱倍频器在1.2GHz的第二参考激励的作用下产生1.2GHz的谐波信号并经过三选一的第一开关滤波器组后产生10.8GHz、12GHz和13.2GHz的高本振信号给第二混频器V2。第二低噪声倍频电路对1.2GHz的信号进行倍频滤波后产生3.6GHz的信号，3.6GHz的信号经过第三功分器功分后一路作为第三参考激励给DDS、另一路作为频标信号给第三混频器V3。

DDS在3.6GHz的第三参考激励产生的作用下产生500±10MHz、最小步进为Step的中频信号，Step＜1Hz，根据实际计算，该最小步进Step约为0.84Hz。第一混频器V1对500±10MHz的中频信号和2.1～3.1GHz的跳频低本振信号进行混频，混频后的信号经三选一的第二开关滤波器组后产生2.4～3.6GHz、最小步进为Step的信号。第二混频器V2对第二开关滤波器组输出的2.4～3.6GHz和10.8GHz、12GHz和13.2GHz的高本振信号进行混频，混频后的信号经二选一的第三开关滤波器组后产生13.2～16.8GHz的信号输给第四开关滤波器组。二选一的第四开关滤波器组的一路通道直通产生13.2～16.8GHz的信号，另一路通道连接到第三混频器V3与3.6GHz的频标信号进行混频，混频后的信号经过二选一的第五开关滤波器组产生10～13.2GHz和16.8～20GHz两路信号。第四开关滤波器组产生的三路信号共同组合形成10～20GHz的宽带信号。最后10～20GHz的宽带信号经过数控分频器(N＝1/2/3/4/8/16)得到0.625～20GHz、步进为Step的超宽带信号。

上述频率合成方案中出现的各部分参数都是申请人在精心设计和调试后确定的，且各部分参数是互相匹配的且通过上述各项参数的匹配可以使频率源的带宽、相噪、杂散都达到较优的状态，而且可以将频率源中的滤波器数量将至最低，使得频率源的尺寸减至最小，同时成本也降至最低。在上述参数设计中有如下几个关键点：

a)必须由DDS来实现最小的频率步进，为保证窄带杂散的最优化设计，DDS信号带宽不宜过宽，以20MHz为宜。

b)由PLL产生步进为20MHz的跳频低本振信号，可显著简化电路节约成本和减小尺寸，但由于PLL自身相噪的局限性，选用HMC703作为为鉴相器，采用20MHz作为鉴相频率，开启整数HiK模式，经计算和验证，3.1GHz相噪可以达到-110dBc/Hz，频率越高相噪越差(高)，故跳频低本振信号的频率不宜更高。

c)想要杂散优，混频器的交调分量计算要精准，尽量避免低阶分量落入通带内，故跳频低本振信号的频率不宜放低到1.9GHz，以避免2.8GHz(2LO-2IF)落在带内。

d)要产生0.625～20GHz的超宽频带，由于有数控分频器的存在，其实只需要先产生10～20GHz即可。

e)要想减少频率源中的滤波器的数量，节省空间和成本，必须充分利用混频产生的和频(LO+IF)和差频(LO-IF)。由于10～20GHz共10GHz带宽，加上有3.6GHz这个频标信号的存在，因此只需要先产生中间频段13.2～16.8GHz即可，如此电路可得到大幅简化。

通过上述各项参数之间的匹配可以使频率源最终达到如下技术指标：

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种新型超宽带低相噪频率源，其特征在于，所述新型超宽带低相噪频率源包括：晶体振荡器产生的参考信号通过第一功分器功分为两路，一路作为第一参考激励提供给锁相环、另一路提供给第一低噪声倍频电路进行倍频滤波，所述锁相环在所述第一参考激励的作用下产生跳频低本振信号并连接到第一混频器；所述第一低噪声倍频电路的输出信号通过第二功分器功分为两路，一路作为第二参考激励提供给低噪声梳状谱倍频器、另一路提供给第二低噪声倍频电路进行倍频滤波，所述低噪声梳状谱倍频器在所述第二参考激励的作用下产生谐波信号，所述谐波信号通过第一开关滤波器组产生高本振信号并连接到第二混频器，所述第二低噪声倍频电路对经过所述第一低噪声倍频电路倍频滤波后的参考信号再次进行倍频滤波产生3.6GHz的输出信号，所述第二低噪声倍频电路的3.6GHz的输出信号通过第三功分器功分为两路，一路作为第三参考激励提供给DDS、另一路作为频标信号连接到第三混频器；

所述DDS在3.6GHz的所述第三参考激励的作用下产生中频信号并连接到所述第一混频器，所述第一混频器对所述中频信号和所述跳频低本振信号进行混频后经过第二开关滤波器组连接到所述第二混频器，所述第二混频器对所述第二开关滤波器组输出的信号和所述高本振信号进行混频后经过第三开关滤波器组输入到第四开关滤波器组的输入端，所述第四开关滤波器组的一路通道直通至输出端、另一路通道连接到所述第三混频器与3.6GHz的所述频标信号进行混频，所述第三混频器的输出端经过第五开关滤波器组连通至所述第四开关滤波器组的输出端，所述第四开关滤波器组的输出端连接数控分频器进行输出。

2.根据权利要求1所述的新型超宽带低相噪频率源，其特征在于，所述第一开关滤波器组和第二开关滤波器组分别为三选一开关滤波器组，所述第三开关滤波器组、第四开关滤波器组和第五开关滤波器组分别为二选一开关滤波器组；所述晶体振荡器产生的100MHz的参考信号，所述锁相环在100MHz的所述第一参考激励的作用下产生2.1～3.1GHz、步进为20MHz的所述跳频低本振信号；所述第一低噪声倍频电路对100MHz的参考信号倍频滤波后产生1.2GHz的信号；所述低噪声梳状谱倍频器在1.2GHz的所述第二参考激励的作用下产生1.2GHz的谐波信号并经所述第一开关滤波器组后产生10.8GHz、12GHz和13.2GHz的所述高本振信号；所述第二低噪声倍频电路对1.2GHz的信号倍频滤波后产生3.6GHz的信号；

所述DDS在3.6GHz的所述第三参考激励的作用下产生500±10MHz、最小步进为Step的所述中频信号，Step＜1Hz，所述第一混频器对所述中频信号和2.1～3.1GHz、步进为20MHz的所述跳频低本振信号进行混频，所述第一混频器输出的信号经所述第二开关滤波器组后产生2.4～3.6GHz、最小步进为Step的信号；所述第二混频器对所述第二开关滤波器组输出的2.4～3.6GHz的信号和所述高本振信号进行混频后经所述第三开关滤波器组产生13.2～16.8GHz的信号输给所述第四开关滤波器组，所述第四开关滤波器组的一路通道直通产生13.2～16.8GHz的信号，另一路通道连接到所述第三混频器与3.6GHz的所述频标信号进行混频并经过所述第五开关滤波器组产生10～13.2GHz和16.8～20GHz两路信号，所述第四开关滤波器组产生的三路信号形成10～20GHz的宽带信号并经过所述数控分频器得到0.625～20GHz、步进为Step的超宽带信号。