CN210111947U - 一种l波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，包括梳状谱发生器，其包括一放大器、阶跃二极管，使参考频率信号经放大后激励输出不同谐波信号；本系统包括带通滤波器，对不同谐波信号初步选频滤波而滤出四种滤波信号；本系统还包括具有四路隔离通道的开关滤波器，使四种滤波信号通过分段滤波进一步滤出四种高纯度单点频率信号。本实用新型引入梳状谱发生器直接倍频方式输出信号，相噪仅按倍频系数恶化，而不会引入其他相噪恶化因素，能获得理想的相位噪声指标；四个频率点的切换速度，即为开关切换时间，具有非常高的切换速度；有利于提高杂波抑制度，每一路的两个射频滤波器之间插入一可断电控制放大器，减少了杂散泄露。

Description

一种L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统

技术领域

本实用新型涉及相控阵雷达通信技术，尤其涉及一种L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统。

背景技术

相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，能合成不同相位波束。相控阵雷达从根本上解决了传统机械扫描雷达的种种先天问题，在相同的孔径与操作波长下，相控阵的反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、分辨率、多功能性、电子对抗能力等都远优于传统雷达。

本实用新型技术方案涉及之频率源是现代通信系统、雷达系统必不可少的关键部件，其主要作用是产生宽带本振信号或导引头自检信号，其性能指标直接影响到整个雷达系统的性能。宽带频率信号产生技术是现代雷达设计中的一项关键技术，相对于单个频点信号产生来讲，为实现大带宽内良好的相位噪声性能和跳频时间等指标具有更大的难度，需要综合考虑各个方面的因素。

由于频率源技术是现在微波测量、通信和雷达系统等应用领域里面的关键技术，其小型化、超宽带、低杂散和低功耗成为研究的热点，也是主要的发展趋势。小型化集成封装技术为电子类设备性能提高、功能增加、生产规模扩大和成本降低的重要制约因素，实现小型化集成封装有多种技术，包括低温共烧陶瓷、薄膜、硅片半导体和多层电路板技术等。

本实用新型技术方案之研发人员发现，现代相控阵雷达通信系统中，往往需要合成非常高纯度、超低相位噪声，频率点快速切换，并具有一定频谱带宽的频率信号，这样才能提高雷达通信系统的识别能力、抗干扰能力和实际生存能力。

传统的多点频率源的产生方法，包括锁相频率合成或者直接频率合成方式。然而，实际上，锁相频率合成，由于需要环路锁定时间，因此频率切换时间慢；同时，其相位噪声与环内的VCO、鉴相器和环路带宽直接相关，因此，相位噪声较差；若直接频率合成，由于需要经过一系列混频、倍频和滤波，体积庞大，电路复杂，成本高昂。

综上所述，本实用新型正是在现有公知技术的基础上，对同一技术领域内的产品结构提出进一步研发，提出一种L波段的超低相位噪声多点捷变频频率源系统，所提出的技术方案完全能解决现有技术存在的问题，当然，本实用新型技术方案之研发人员也是在将每一个研发阶段所采取的中间方案有效的进行多次性能测试，最终才得到趋于最佳优化的技术方案。

实用新型内容

为克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题，本实用新型提供一种L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，使其克服以往产生多点频率源的过程中所出现的弊端，即频率切换时间慢、极其容易牵扯到各种相噪恶化因素、以及杂波处理因素。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其具备用于输入参考频率信号的参考信号输入端，频率源系统包括：

梳状谱发生器，其与参考信号输入端相连接，包括一放大器、以及与放大器相连接的阶跃二极管，并且使参考频率信号经放大后由阶跃二极管激励输出不同谐波信号；

带通滤波器，其与梳状谱发生器相连接，并且对不同谐波信号初步选频滤波而滤出四种滤波信号；

具有四路隔离通道的开关滤波器，其与带通滤波器相连接，包括分别设置于开关滤波器信号输入端与输出端的单刀四掷开关、设置于每一路隔离通道的两个串联相接的射频滤波器、以及接于两个射频滤波器之间的可断电控制放大器，并且使四种滤波信号通过分段滤波进一步滤出四种高纯度单点频率信号。

对于以上实施的技术方案，还包括：

其中的参考频率信号优选采用100MHz的频率信号；

其中的所述四种滤波信号包括1200MHz、1400MHz、1600MHz和1800MHz频率。

对于所采用的开关滤波器，其通道数量与产生的频率点数相同，每一路通道对应一个频率点；

进一步地，所采用的开关滤波器位于不同路隔离通道的射频滤波器不相同且位于同一路的两个射频滤波器相同。

可优选为：射频滤波器采用微型SAW声表射频滤波器。

对于开关滤波器四路通道的射频滤波器，依次为：

TA0718A射频滤波器，中心频率1200MHz、带宽20MHz；

TA0582A射频滤波器，中心频率1400MHz、带宽20MHz；

TA2268A射频滤波器，中心频率1600MHz、带宽20MHz；

TA1169A射频滤波器，中心频率1800MHz、带宽20MHz。

本实用新型之技术方案，还可相应地实施为：

单刀四掷开关采用优选型号为HMC241LP4E的高隔离开关，且其工作频率DC～4GHz、插损1dB、隔离度43dB；

放大器优选采用型号为ERA-5SM+，并且其工作参数为20dB、工作频率DC～4GHz。

另外，本频率源系统还包括增益放大器，用于对四种高纯度单点频率信号放大后输出。

本实用新型有益效果为：

(1)通过在频率源系统内引入梳状谱发生器直接倍频方式输出信号，相噪仅按倍频系数恶化，而不会引入其他相噪恶化因素，从而能够获得理想的相位噪声指标；

(2)所设置的用于滤波的开关滤波器，采用单刀四掷开关滤波，集成了四路滤波单元，每路滤波单元对应一个频率点，可输出四个频率点信号，四个频率点的切换速度，即为开关切换时间，因此具有非常高的切换速度；

(3)通过在每一路滤波单元采用集成串联的两个微型SAW射频滤波器，有利于提高杂波抑制度，同时，每一路的两个SAW射频滤波器之间插入一个可断电控制放大器，有利于提高通道的路间隔离，减少了杂散泄露。

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型实施例所述L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其组成原理示意图；

图2是本实用新型实施例所述L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其梳状谱发生器部分工作原理示意图；

图3是本实用新型实施例所述L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其开关滤波器部分工作原理示意图。

具体实施方式

本实用新型拟实施的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，所实施的技术手段要达到的目的在于，解决或至少部分解决以往产生多点频率源的过程中所出现的弊端，即包括频率切换时间慢、极其容易牵扯到各种相噪恶化因素、以及杂波处理因素。

本实用新型所实施之技术方案包括，主要通过布局各个器件、模块来构建整体的频率源系统，由于系统应用的环境与条件不同，所涉及的范围之广，对于不在本实用新型技术方案范围之内的常规技术手段，本实施例无必要将每一个系统环节器件的装置型号、安装位置、装配方式、安装组件等细化出来。因而，所实施的技术方案实际上是一种能够让本领域技术人员结合常规技术手段参照及实施的系统框架，技术人员根据不同的应用条件以及环境，按照本申请形成的系统框架进行实际装配与调试，能够构建成最终的频率源系统，并且在所构建成的频率源系统内实际获得其带来的一系列优势，这些优势将会在以下对系统结构的解析中逐步体现出来。

如图1-2所示，为了解决目前存在的技术问题，本实用新型拟实施的频率源系统首先包括用于接收参考信号的频率信号输入端，该频率信号输入端直接与本频率源系统中所引入的梳状谱发生器的信号接收端相连接。

对于所实施的梳状谱发生器包括依次相接的放大器、阶跃二极管以及具有谐振电路的谐振单元，本实用新型实施例优选采用100Hz的参考频率信号并且所实施的技术方案优先致力于解决当100Hz参考频率信号输入的技术背景下，具体技术手段为：

进一步优选实施，其中的放大器优选采用型号为ERA-5SM+，并且其工作参数为20dB、工作频率DC～4GHz，其首先能够输出足够的功率；

进一步优选实施，其中的阶跃二极管优选采用型号为2J3C，由于在梳状谱发生器内部设置ERA-5SM+放大器能够输出足够功率，其可推动阶跃二极管2J3C激励输出，从而输出一系列100MHz频率的谐波信号；

本实用新型所实施的频率源系统，由于所输出的频率信号，是由参考频率信号直接通过梳状谱发生器倍频得到，因此，其相位噪声按倍频系数恶化，与其他电路因素无关，输入的参考信号，一般是具有超低相位噪声基底的高稳晶振，最终输出的信号相噪会非常低。

如图1所示，本实用新型拟实施的频率源系统还包括与所实施的梳状谱发生器信号输出端相连接的带通滤波器，其用于将一系列100MHz频率的谐波信号滤出1200MHz、1400MHz、1600MHz和1800MHz频率，在仅保留这四种谐波信号的同时去除其他不需要的谐波信号，从而使频率源系统完成首先初次选频滤波工作。

如图1、图3所示，本实用新型拟实施的频率源系统还包括与所实施的带通滤波器信号输出端相连接的开关滤波器、以及与所实施的开关滤波器信号输出端相连接的增益放大器，对于本实用新型之技术方案，是在欲实现产生四个频率点的状况下实施的，由于开关滤波器电路产生的频率点数与开关滤波器的通道路数一样，相当于四路通道形成四路滤波单元，每一路滤波单元对应一个频率点，本实用新型之技术方案优选采用具有单刀四掷开关的开关滤波器，通过四路滤波单元实现，按频率分段滤出需要的频率信号，最后，通过开关滤波输出纯净的频谱信号，经过增益放大器放大后，最终输出需要的功率信号。

进一步优选实施，所实施的开关滤波器包括利于实现通道之间高隔离的两组单刀四掷开关，开关型号优选为HMC241LP4E(工作频率DC～4GHz、插损1dB、隔离度43dB)，这两组单刀四掷开关分别设置于开关滤波器的信号输入端、信号输出端来控制四组通道的滤波单元并且有利于实现两路通道之间的路间隔离，每路通道采用两级SAW射频滤波器，即每路通道采用集成串联的两个SAW射频滤波器，并且在两个SAW射频滤波器之间插入一个可断电控制放大器，当某一路通道滤波器选通时，其他路通道的滤波器的放大器掉电、无增益、信号衰减，因而，可防止其他频率信号泄露，大大提高了通道的路间隔离效果；

相应地，对于开关滤波器内的每路通道的SAW射频滤波器，其均采用微型SAW声表射频滤波器，主要是利用压电材料的压电特性，将电波的输入信号转换成机械能，经过处理后，再把机械能转换成电的信号，以达到过滤不必要的信号及杂讯，提升收讯品质的目标，在目前的这类装置中，一般都具有体积小、抑制高、可获得高纯度的频谱信号、便于集成、成本低等优点。

需要重点指出的是，由于实用新型技术方案主要实施以100MHz频率的谐波信号滤出1200MHz、1400MHz、1600MHz和1800MHz频率的技术手段，则本实用新型在通过所实施的开关滤波器进行分段精细滤波时，滤出需要的四个高纯度单点频率信号，为了滤出这四个不同的频率点，所实施的每一路通道上的两个SAW射频滤波器采用同一种型号的器件并且不同路通道的SAW射频滤波器型号不同，从而形成分别采用四种射频声表滤波器进行滤出的开关滤波器，以便于通过开关滤波输出纯净的频谱信号；

进一步优选实施，所实施的四种型号的SAW射频滤波器包括：

TA0718A(中心频率1200MHz、带宽20MHz)；

TA0582A(中心频率1400MHz、带宽20MHz)；

TA2268A(中心频率1600MHz、带宽20MHz)；

TA1169A(中心频率1800MHz、带宽20MHz)。

本实用新型所实施的频率源系统，由于所输出的频率信号，是由参考频率信号直接通过梳状谱发生器倍频得到，因此，其相位噪声按倍频系数恶化，与其他电路因素无关；同时，由于输入的参考频率信号，一般是具有超低相位噪声基底的高稳晶振，因此，最终输出点频信号的相噪较低。

本实用新型所实施的频率源系统，本领域技术人员能够根据其内部各个器件、模块的位置连接关系，采用适宜的电路元件进行组装，本实用新型技术方案可提供一个供参考的组装建议，例如，采用微型标准封装，其基底采用多层PCB电路板，并在板边设计半孔焊盘，便于焊接贴装；对于内部电路之间，为防止频率信号互串形成杂散，可采用屏蔽罩分腔单独隔离，屏蔽罩与电路板烧焊成一体，有利于构建体积小、功耗低、成本低的装置，所选用的器件也有利于作为复杂的频率合成系统的基础部件使用。需要指出，不同技术人员按照本频率源系统技术方案构造的实际产品，仅在产品选用的外壳、电路元件的选择等方面会有不同，然而这些产品所具备的功能是相同的，对于产品外壳、内部电路元件的实际装配，此处不再赘述。

综上所解析的技术手段，本实用新型之技术方案，其实际的工作原理可概括为：

I、自频率源系统的信号输入端输入100MHz参考频率信号，先经过梳状谱发生器的ERA-5SM+放大器进行信号放大，能够输出足够功率然后推动2J3C阶跃二极管激励输出，产生一系列100MHz频率的谐波信号；

II、然后，将此谐波信号通过带通滤波器，滤出1200MHz、1400MHz、1600MHz和1800MHz频率，同时去除其他不需要的谐波信号，首先进行初次选频滤波；

III、通过具有合理结构的开关滤波器，进行分段精细滤波，从而滤出所需四个高纯度单点频信号，四个频点分别采用四种不同射频声表滤波器滤出，从而通过开关滤波器输出纯净的频谱信号；

IV、将该频谱信号经过增益放大器后，输出需要的功率信号，增益放大器优选采用型号为ECG0002C-G(增益20dB、工作频率DC～6GHz)。

在本说明书的描述中，若出现术语″实施例一″、″本实施例″、″具体实施″等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语″连接″、″安装″、″固定″、″设置″、″具有″等均做广义理解，例如，″连接″可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本实用新型技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本实用新型技术效果之外，例如，采用具备梳状谱发生器且采用具有四个隔离通道形成四路滤波单元的开关滤波器所形成的用于输出频谱信号的技术方案，并且该技术方案没有实现超出本实用新型之外的预期效果；②采用公知技术对本实用新型技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本实用新型技术效果相同，例如，对于放大器、谐振电路等所采用的器件型号、电路连接方式等进行的等效替换；③以本实用新型技术方案为基础进行拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本实用新型技术方案之外；④利用本实用新型文本记载内容或说明书附图所作的等效变换，将所得技术手段应用在其它相关技术领域的方案。

Claims (10)

1.一种L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其具备用于输入参考频率信号的参考信号输入端，其特征在于，所述频率源系统包括：

梳状谱发生器，其与所述参考信号输入端相连接，包括一放大器、以及与所述放大器相连接的阶跃二极管，并且使所述参考频率信号经放大后由所述阶跃二极管激励输出不同谐波信号；

带通滤波器，其与所述梳状谱发生器相连接，并且对所述不同谐波信号初步选频滤波而滤出四种滤波信号；

具有四路隔离通道的开关滤波器，其与所述带通滤波器相连接，包括分别设置于所述开关滤波器信号输入端与输出端的单刀四掷开关、设置于每一路隔离通道的两个串联相接的射频滤波器、以及接于两个射频滤波器之间的可断电控制放大器，并且使所述四种滤波信号通过分段滤波进一步滤出四种高纯度单点频率信号。

2.根据权利要求1所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于：所述参考频率信号采用100MHz的频率信号。

3.根据权利要求2所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于：所述四种滤波信号包括1200MHz、1400MHz、1600MHz和1800MHz频率。

4.根据权利要求1所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于：所述开关滤波器的通道数量与产生的频率点数相同，每一路通道对应一个频率点。

5.根据权利要求1-4任一项所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于：所述开关滤波器位于不同路隔离通道的射频滤波器不相同且位于同一路的两个射频滤波器相同。

6.根据权利要求5所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于：所述射频滤波器采用微型SAW声表射频滤波器。

7.根据权利要求6所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于，所述开关滤波器四路通道的射频滤波器依次为：

TA0718A射频滤波器，中心频率1200MHz、带宽20MHz；

TA0582A射频滤波器，中心频率1400MHz、带宽20MHz；

TA2268A射频滤波器，中心频率1600MHz、带宽20MHz；

TA1169A射频滤波器，中心频率1800MHz、带宽20MHz。

8.根据权利要求1所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于：所述单刀四掷开关采用型号为HMC241LP4E的高隔离开关，且其工作频率DC～4GHz、插损1dB、隔离度43dB。

9.根据权利要求1所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于：所述放大器采用型号为ERA-5SM+，并且其工作参数为20dB、工作频率DC～4GHz。

10.根据权利要求1所述的L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统，其特征在于：所述频率源系统还包括增益放大器，用于对所述四种高纯度单点频率信号放大后输出。

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