CN216490452U - 一种通信设备及其频率合成装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种频率合成装置，包括：用于输出第一信号的晶体振荡器；分别与晶体振荡器，耦合器，以及鉴相装置连接，由N个混频器级联构成，以通过N级混频，将接收到的反馈信号下变频至参考频率的N级混频装置；用于接收N级混频装置输出的参考信号以及混频信号，并通过鉴相产生误差电压的鉴相装置；耦合器；分别与耦合器以及鉴相装置连接，用于基于接收到的误差电压，通过耦合器向N级混频装置输出反馈信号的压控振荡器。应用本申请的方案，可以实现较低的相位噪声。本申请还提供了一种通信设备，具有相应技术效果。

Description

一种通信设备及其频率合成装置

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别是涉及一种通信设备及其频率合成装置。

背景技术

频率合成技术是一项技术难度较大的先进电路技术，它的好坏直接影响雷达、导航、通讯、空间电子技术及仪器、仪表等的性能指标。而随着雷达、测试测量、航空航天等领域的快速发展，各类电子系统对于频率合成的性能要求也越来越高。

现代的频率合成技术的发展主要趋势是：降低输出信号相噪，提高频率分辨率，增大输出带宽，具有更加纯净的输出频谱。为了改善相位噪声指标，多种技术被应用到频率合成器中，例如包括偏置式锁相环，自偏置式锁相环，多环嵌套式结构等，但是，目前的频率合成器的相噪情况仍然有待改进。

综上所述，如何有效地降低频率合成器的相噪，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种通信设备及其频率合成装置，以实现较低的相位噪声。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种频率合成装置，包括：

用于输出第一信号的晶体振荡器；

分别与所述晶体振荡器，耦合器，以及鉴相装置连接，由N个混频器级联构成，以通过N级混频，将接收到的反馈信号下变频至参考频率的N级混频装置；N为不小于2的正整数；

用于接收所述N级混频装置输出的参考信号以及混频信号，并通过鉴相产生误差电压的所述鉴相装置；

所述耦合器；

分别与所述耦合器以及所述鉴相装置连接，用于基于接收到的所述误差电压，通过所述耦合器向所述N级混频装置输出所述反馈信号的压控振荡器。

优选的，所述N级混频装置具体为2级混频装置，且所述2级混频装置包括：

与所述晶体振荡器连接的功分器；

与所述功分器连接的第一倍频器；

与所述功分器连接的第一分频器；

分别与所述第一倍频器，所述耦合器以及第二混频器连接的第一混频器；

与所述第一分频器连接的第二倍频器；

分别与所述第二倍频器以及所述鉴相装置连接的第二分频器；

分别与所述第一混频器，所述第二倍频器以及所述鉴相装置连接的所述第二混频器。

优选的，还包括：

设置在所述第一混频器与所述第二混频器之间的第一低通滤波器；

设置在所述第二混频器与所述鉴相装置之间的第二低通滤波器；

设置在所述鉴相装置与所述压控振荡器之间的第四低通滤波器。

优选的，所述N级混频装置具体为3级混频装置，且所述3级混频装置包括：

与所述晶体振荡器连接的功分器；

与所述功分器连接的第一倍频器；

与所述功分器连接的第一分频器；

分别与所述第一倍频器，所述耦合器以及第二混频器连接的第一混频器；

与所述第一分频器连接的第二倍频器；

与所述第二倍频器连接的第二分频器；

分别与所述第一混频器，所述第二倍频器以及第三混频器连接的所述第二混频器；

与所述第二分频器连接的第三倍频器；

分别与所述第三倍频器以及所述鉴相装置连接的第三分频器；

分别与所述第二混频器，所述第三倍频器以及所述鉴相装置连接的所述第三混频器。

优选的，还包括：

设置在所述第一混频器与所述第二混频器之间的第一低通滤波器；

设置在所述第二混频器与所述第三混频器之间的第二低通滤波器；

设置在所述第三混频器与所述鉴相装置之间的第三低通滤波器；

设置在所述鉴相装置与所述压控振荡器之间的第四低通滤波器。

优选的，所述鉴相装置具体为鉴频鉴相器。

优选的，所述耦合器具体为定向耦合器。

优选的，所述晶体振荡器具体为恒温晶体振荡器。

优选的，还包括：

与所述耦合器连接的放大器。

一种通信设备，包括如上述任一项所述的频率合成装置。

应用本实用新型实施例所提供的技术方案，基于级联混频锁相环实现频率合成装置。具体的，本申请设置了由N个混频器级联构成的N级混频装置，分别与晶体振荡器，耦合器，以及鉴相装置连接，可以将接收到的反馈信号下变频至参考频率，从而输出参考信号以及混频信号使得鉴相装置进行鉴相，鉴相装置产生的误差电压输出至压控振荡器，使得压控振荡器通过耦合器向N级混频装置输出反馈信号，也就构成了基于N级混频装置的锁相环结构。而由于采用的是由N个混频器级联构成的N级混频装置，因此，反馈信号需要经过N次下变频，也就有效地降低了倍频次数，即有效地降低了环内分频比，从而使得本申请的频率合成装置可以实现较低的相位噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本实用新型中频率合成装置的第一结构示意图；

图2为本实用新型中频率合成装置的第二结构示意图；

图3为本实用新型中频率合成装置的第三结构示意图；

图4为本实用新型中频率合成装置的第四结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种频率合成装置，可以实现较低的相位噪声。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型中一种频率合成装置的结构示意图，该频率合成装置可以包括：

用于输出第一信号的晶体振荡器10；

分别与晶体振荡器10，耦合器50，以及鉴相装置30连接，由N个混频器级联构成，以通过N级混频，将接收到的反馈信号下变频至参考频率的N级混频装置20；N为不小于2的正整数；

用于接收N级混频装置20输出的参考信号以及混频信号，并通过鉴相产生误差电压的鉴相装置30；

耦合器50；

分别与耦合器50以及鉴相装置30连接，用于基于接收到的误差电压，通过耦合器50向N级混频装置20输出反馈信号的压控振荡器40。

具体的，本申请的方案中由晶体振荡器10输出第一信号，第一信号的具体频率值可以根据需要进行设定，取决于晶体振荡器10的配置。并且在实际应用中，晶体振荡器10可以具体选取为恒温晶体振荡器，可以令温度保持恒定，从而降低环境温度变化对于晶体振荡器10的输出频率的影响，即可以有效地提高晶体振荡器10所输出的第一信号的频率准确度。

N级混频装置20由N个混频器级联构成，需要对接收到的反馈信号进行下变频，得到所需要的混频信号，同时需要基于第一信号产生所需要的参考信号，从而使得参考信号和混频信号输入至鉴相装置30之后，鉴相装置30可以进行二者相位差异的鉴别。

参考信号和混频信号的频率需要保持一致，即由N个混频器级联构成的N级混频装置20需要将接收到的反馈信号下变频至参考频率，该参考频率也就是基于第一信号产生的参考信号的频率。由于本申请的方案是利用由N个混频器级联构成的N级混频装置20对反馈信号进行N次下变频，因此可以有效地降低倍频次数，进而实现较低的相位噪声。

可以理解的是，N需要为不小于2的正整数，即至少要有2个混频器级联实现2级混频装置。

N级混频装置20的具体构成可以根据实际需要进行设定，例如在本实用新型的一种具体实施方式中，可参阅图2，N级混频装置20具体为2级混频装置，且2级混频装置包括：

与晶体振荡器10连接的功分器201；

与功分器201连接的第一倍频器202；

与功分器201连接的第一分频器203；

分别与第一倍频器202，耦合器50以及第二混频器207连接的第一混频器204；

与第一分频器203连接的第二倍频器205；

分别与第二倍频器205以及鉴相装置30连接的第二分频器206；

分别与第一混频器204，第二倍频器205以及鉴相装置30连接的第二混频器207。

图2的实施方式中，将晶体振荡器10输出的第一信号的频率标示为Fc，例如一种具体场合中Fc为100MHz。功分器201与晶体振荡器10连接，可以进行功率分配，但并不会改变信号的频率，因此，功分器201会输出2路频率均为Fc的信号，分别输出至第一倍频器202和第一分频器203。

第一倍频器202可以将接收的信号频率提升至M1倍，例如一种具体场合中M1为2，则第一倍频器202输出至第一混频器204的信号频率为200MHz。例如本申请的频率合成装置需要得到1GHz的信号，即进行耦合器50向第一混频器204输出的信号的频率为1GHz，则该例子中，第一混频器204便是将200MHz和1GHz的信号进行混频，得到的输出信号中便携带有1GHz-200MHz＝800Mhz的信号。

进一步的，考虑到第一混频器204的输出信号中还会携带有1GHz+200MHz＝1200Mhz的信号，因此，在实际应用中，还可以包括设置在第一混频器204与第二混频器207之间的第一低通滤波器601，从而过滤掉第一混频器204的输出信号中的高频信号，有效地提高信号质量，保留所需要的信号。该例子中即过滤掉1200Mhz的信号，保留800Mhz的信号。例如图3的实施方式中便设置了第一低通滤波器601。

第一分频器203可以将接收的信号频率变为原先的1/K1倍，例如图2的场合中K1具体为2，则第一分频器203输出的信号频率为50MHz。

同样的，第二倍频器205可以提高信号频率，即将接收的信号频率提升至M2倍，例如图2的场合中M2具体为15，则第二倍频器205输出至第二混频器207的信号频率为50×15＝750MHz。因此该例子中，第二混频器207便是将800MHz和750MHz的信号进行混频，得到的输出信号中便携带有800Hz-750MHz＝50Mhz的信号。

同样的，可参阅图3，还可以包括设置在第二混频器207与鉴相装置30之间的第二低通滤波器602，从而过滤掉第二混频器207的输出信号中的高频信号，有效地提高信号质量。该例子中即过滤掉第二混频器207的输出信号中的1550Mhz的信号，保留50Mhz的信号。

第二倍频器205的输出经过第二分频器206的分频之后，便作为参考信号输出至鉴相装置30，该例子中，需要输出50MHz的参考信号至鉴相装置30，使得鉴相装置30可以对参考信号以及来自第二混频器207的信号进行鉴相。

此外需要说明的是，本申请的方案中，功分器201的输出先经过第一分频器203分频，再利用第一倍频器202进行倍频，相较于直接倍频可以有效地提高分辨率。例如上述例子中，直接进行倍频只能得到100MHz的整数倍的信号，而分频为50MHZ之后再倍频，便可以得到50MHZ的整数倍的信号。因此可以理解的是本申请的方案只需要根据实际需求，将各个分频器和各个倍频器选取为合适的数值，即通过设置合适的分频比和倍频比，在有效降低了倍频次数的同时，还能够提高频率分辨率以及杂散抑制度。该实施方式中频率合成装置的设计相当于是利用整数鉴频鉴相器实现了小数的等效分频比，又避免了由小数鉴频鉴相器带入的杂散，实现了将低相噪、低杂散的窄带信号扩展成低相噪、低杂散的宽带信号。

鉴相装置30用于接收N级混频装置20输出的参考信号以及混频信号，从而通过鉴相输出误差电压至压控振荡器40。

进一步的，在实际应用中，考虑到鉴相器在信号频率不同的时候输出很容易出错，而鉴频鉴相器不容易出现这样的情况，即鉴频鉴相器的性能优于鉴相器，因此，本申请的鉴相装置30可以具体选取为鉴频鉴相器。

进一步的，在实际应用中，还可以包括：设置在鉴相装置30与压控振荡器40之间的第四低通滤波器604，以进一步的提高信号质量。

压控振荡器40基于接收到的误差电压便可以产生所需要的信号，例如上述例子中产生1GHz的信号，通过耦合器50可以进行输出的功率分配，即，使得部分信号作为频率合成装置的输出，部分作为反馈信号传输至第一混频器204。

耦合器50可以进行功率分配，并且可以理解的是，应当是将大部分功率分配为频率合成装置的输出，小部分作为反馈信号。在实际应用中，耦合器50可以具体选取为定向耦合器，以有效地实现功率分配。

进一步的，在本实用新型的一种具体实施方式中，还可以包括：与耦合器50连接的放大器70，以有效地进行信号的功率放大。

可参阅图4，N级混频装置20具体为3级混频装置，且3级混频装置包括：

与晶体振荡器10连接的功分器201；

与功分器201连接的第一倍频器202；

与功分器201连接的第一分频器203；

分别与第一倍频器202，耦合器50以及第二混频器207连接的第一混频器204；

与第一分频器203连接的第二倍频器205；

与第二倍频器205连接的第二分频器206；

分别与第一混频器204，第二倍频器205以及第三混频器210连接的第二混频器207；

与第二分频器206连接的第三倍频器208；

分别与第三倍频器208以及鉴相装置30连接的第三分频器209；

分别与第二混频器207，第三倍频器208以及鉴相装置30连接的第三混频器210。

本申请的频率合成装置结构灵活，易于扩展，图4的实施方式中，N级混频装置20具体为3级混频装置，原理与上文的2级混频装置是一致的。可以看出，如果需要将2级混频装置调整为3级混频装置，只需要增加第三倍频器208，第三分频器209以及第三混频器210，并且简单地调整接线，便可以实现N级混频装置20的结构从2级级联到3级级联的扩展。

同样的，在本实用新型的一种具体实施方式中，可参阅图4，还可以包括：

设置在第一混频器204与第二混频器207之间的第一低通滤波器601；

设置在第二混频器207与第三混频器210之间的第二低通滤波器602；

设置在第三混频器210与鉴相装置30之间的第三低通滤波器603；

设置在鉴相装置30与压控振荡器40之间的第四低通滤波器604。

相应于上面的的频率合成装置的实施例，本实用新型实施例还提供了一种通信设备，可以包括如上述任一实施例中的频率合成装置，可与上文相互对应参照。

应用本实用新型实施例所提供的技术方案，基于级联混频锁相环实现频率合成装置。具体的，本申请设置了由N个混频器级联构成的N级混频装置20，分别与晶体振荡器10，耦合器50，以及鉴相装置30连接，可以将接收到的反馈信号下变频至参考频率，从而输出参考信号以及混频信号使得鉴相装置30进行鉴相，鉴相装置30产生的误差电压输出至压控振荡器40，使得压控振荡器40通过耦合器50向N级混频装置20输出反馈信号，也就构成了基于N级混频装置20的锁相环结构。而由于采用的是由N个混频器级联构成的N级混频装置20，因此，反馈信号需要经过N次下变频，也就有效地降低了倍频次数，即有效地降低了环内分频比，从而使得本申请的频率合成装置可以实现较低的相位噪声。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方式来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种频率合成装置，其特征在于，包括：

用于输出第一信号的晶体振荡器；

分别与所述晶体振荡器，耦合器，以及鉴相装置连接，由N个混频器级联构成，以通过N级混频，将接收到的反馈信号下变频至参考频率的N级混频装置；N为不小于2的正整数；

用于接收所述N级混频装置输出的参考信号以及混频信号，并通过鉴相产生误差电压的所述鉴相装置；

所述耦合器；

分别与所述耦合器以及所述鉴相装置连接，用于基于接收到的所述误差电压，通过所述耦合器向所述N级混频装置输出所述反馈信号的压控振荡器。

2.根据权利要求1所述的频率合成装置，其特征在于，所述N级混频装置具体为2级混频装置，且所述2级混频装置包括：

与所述晶体振荡器连接的功分器；

与所述功分器连接的第一倍频器；

与所述功分器连接的第一分频器；

分别与所述第一倍频器，所述耦合器以及第二混频器连接的第一混频器；

与所述第一分频器连接的第二倍频器；

分别与所述第二倍频器以及所述鉴相装置连接的第二分频器；

分别与所述第一混频器，所述第二倍频器以及所述鉴相装置连接的所述第二混频器。

3.根据权利要求2所述的频率合成装置，其特征在于，还包括：

设置在所述第一混频器与所述第二混频器之间的第一低通滤波器；

设置在所述第二混频器与所述鉴相装置之间的第二低通滤波器；

设置在所述鉴相装置与所述压控振荡器之间的第四低通滤波器。

4.根据权利要求1所述的频率合成装置，其特征在于，所述N级混频装置具体为3级混频装置，且所述3级混频装置包括：

与所述晶体振荡器连接的功分器；

与所述功分器连接的第一倍频器；

与所述功分器连接的第一分频器；

分别与所述第一倍频器，所述耦合器以及第二混频器连接的第一混频器；

与所述第一分频器连接的第二倍频器；

与所述第二倍频器连接的第二分频器；

分别与所述第一混频器，所述第二倍频器以及第三混频器连接的所述第二混频器；

与所述第二分频器连接的第三倍频器；

分别与所述第三倍频器以及所述鉴相装置连接的第三分频器；

分别与所述第二混频器，所述第三倍频器以及所述鉴相装置连接的所述第三混频器。

5.根据权利要求4所述的频率合成装置，其特征在于，还包括：

设置在所述第一混频器与所述第二混频器之间的第一低通滤波器；

设置在所述第二混频器与所述第三混频器之间的第二低通滤波器；

设置在所述第三混频器与所述鉴相装置之间的第三低通滤波器；

设置在所述鉴相装置与所述压控振荡器之间的第四低通滤波器。

6.根据权利要求1所述的频率合成装置，其特征在于，所述鉴相装置具体为鉴频鉴相器。

7.根据权利要求1所述的频率合成装置，其特征在于，所述耦合器具体为定向耦合器。

8.根据权利要求1所述的频率合成装置，其特征在于，所述晶体振荡器具体为恒温晶体振荡器。

9.根据权利要求1所述的频率合成装置，其特征在于，还包括：

与所述耦合器连接的放大器。

10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的频率合成装置。

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