CN220307201U - 一种Ku波段超低相噪捷变频频率源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种Ku波段超低相噪捷变频频率源，包括基准源电路、多个低频源电路、切换电路和混频电路，所述基准源电路用于通过锁相产生一路基准源，各个低频源电路用于单独产生一路低频小步进的低频源，切换电路用于选择一路低频源电路产生的低频源并输出，切换电路设有高速开关，混频电路用于对基准源和切换电路选择的低频源进行混频处理并生成Ku波段射频信号。本实用新型能够实现捷变频功能，信号频率覆盖14～15GHz，并且可以实现超低相位噪声的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及频率源技术领域，具体涉及一种Ku波段超低相噪捷变频频率源。
背景技术
在微波通信领域，射频收发设备的使用环境越来越多元化，很多场景对系统信道切换速度提出了更改要求，同时对系统噪声也有越来越高的要求，这对设备内部模块的实用新型设计带来了更严苛要求。频率源是这些系统中不可或缺的部分，其切换速度、相位噪声对整个系统的性能有极大的影响，因此捷变频、超低噪声的频率源越来越成为设计追求的目标。
目前为了达到捷变频的目标，主要使用技术有：直接合成开关切换、DDS混频、DDS驱动锁相环、锁相环电压预置等等。以上技术各有优缺点，既要保证极低的频率切换时间又要保证较低的行为噪声需要将以上实用新型进行优势组合。本实用新型采用低频锁相环开关切换为基本实用新型，与超低相噪基准源混频使整个频率源输出14～15GHz，频率步进为1kHz,偏移10kHz的相位噪声-113dBc/Hz，其切换速度更是低于200ns，以达到小步进、捷变频、低相噪的高性能频率源设计。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型提出了一种Ku波段超低相噪捷变频频率源，其通过低频锁相环开关切换与低相噪基准源混频的方式，实现了小步进、捷变频、低相噪的频率源设计。
为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术实用新型：
一种Ku波段超低相噪捷变频频率源，其特征在于：包括基准源电路、多个低频源电路、切换电路和混频电路，其中，
所述基准源电路用于通过锁相产生一路基准源，基准源电路设有第一放大器、五倍频器、第一带通滤波器、ADF4377芯片、第二带通滤波器和第二放大器；
各个低频源电路用于单独产生一路低频小步进的低频源，各个低频源电路设有HMC830芯片、低通滤波器和第一开关；
所述切换电路用于选择一路低频源电路产生的低频源并输出，切换电路设有第二开关、衰减器和第三放大器，第二开关的输入端连接各个低频源电路的第一开关的输出端；
所述混频电路用于对基准源和切换电路选择的低频源进行混频处理并生成Ku波段射频信号，混频电路设有混频器、第三带通滤波器和第四放大器，混频器的LO输入端连接基准源电路的输出端、IF输入端连接切换电路的输出端，混频器的RF输出端连接第三带通滤波器的输入端，第四放大器输出经过滤波和放大处理的Ku波段射频信号。
优选地，所述捷变频频率源还包括：
晶振电路，用于产生时钟信号；
功分器，用于将所述时钟信号分成多路输入信号，分别送入基准源电路和各个低频源电路的输入端。
优选地，所述基准源电路中的ADF4377芯片进行锁相频率合成，使用整数分频模式，合成输出12GHz超低相位噪声点频，低频源电路中的HMC830芯片采用小数分频模式，产生频率覆盖2～3GHz的低频信号源，混频电路输出的Ku波段射频信号的频率为14～15GHz。
优选地，所述基准源电路中，第一放大器和第二放大器采用型号为HMC589AST89E的放大器，五倍频器采用型号为RMK5-571+的无源五倍频器，第一带通滤波器和第二带通滤波器采用型号为TA0524A的带通滤波器；
所述低频源电路和混频电路中，低通滤波器采用型号为LFCN-3000的低通滤波器，第一开关和第二开关均采用型号为HMC8038LP4C的高速射频开关，混频器使用型号为HMC260ALC3B的混频器，第四放大器采用型号为PMA2-183LN+的放大器。
由于采用了上述技术实用新型，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型提出的Ku波段超低相噪捷变频频率源，可以覆盖14～15GHz，完成了捷变频功能，变频频率切换速度可以达到100ns，同时兼具超低相位噪声，可以达到-113dBc/Hz@10kHz水平。
附图说明
图1为本实用新型提出的超低相噪捷变频频率源的功能框图；
图2为图1中基准源电路的原理图；
图3为基准源电路的相位噪声曲线图；
图4为图1中低频源电路的原理图；
图5为低频小步进源的相位噪声曲线图；
图6为图1中切换电路的原理图；
图7为图1中混频电路的原理图；
其中，OC1-晶振电路，PV1-功分器，AMP1-第一放大器、FM1-五倍频器、F1-第一带通滤波器、u1-ADF4377芯片、F2-第二带通滤波器、AMP2-第二放大器；u2-HMC830芯片一，u3-HMC830芯片二，F3-低通滤波器一、F4-低通滤波器二、SW1-第一开关一、SW2-第一开关二、SW3-第二开关、ATT1-衰减器、AMP3-第三放大器、MIX1-混频器、F5-第三带通滤波器、AMP4第四放大器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细的说明。
本实用新型提供了一种Ku波段超低相器捷变频频率源，主要分三个部分实现：首先是通过锁相实现超低相位噪声12GHz基准源；其次是通过锁相实现两个低频小步进2～3GHz频率源；高速开关对两个低频源进行切换并混频滤波产生Ku波段射频信号。其原理框图如图1所示。
本实用新型中第一部分采用超低相噪的100MHz晶振作为时钟信号，该输出信号经过无源五倍频器和带通滤波器得到500MHz的参考信号，参考信号进入ADF4377芯片进行锁相频率合成，使用整数分频模式，可直接合成输出12GHz超低相位噪声点频，其具体原理图如图2所示。
根据图1和图2所示，基准源电路设有第一放大器AMP1、五倍频器FM1、第一带通滤波器F1、ADF4377芯片u1、第二带通滤波器F2和第二放大器AMP2，第一放大器AMP1和第二放大器AMP2采用型号为HMC589AST89E的放大器，五倍频器FM1采用型号为RMK5-571+的无源五倍频器，第一带通滤波器F1和第二带通滤波器F2采用型号为TA0524A的带通滤波器。晶振OC1输出的高功率时钟信号推动五倍频器，产生的500MHz参考信号相噪，按照理论恶化20lg5，无损失进入下一级电路；因倍频产生100MHz的各次谐波，需要使用窄带中心频率为500MHz的带通滤波器滤波，该过程同样无相位噪声损失，后直接进入锁相环路产生12GHz信号。本实用新型中采用整数分频模式，环路带宽设计为1MHz，相位裕度60°，其相位噪声曲线即Total曲线见图3。
实用新型中第二个部分使用两个HMC830产生两个独立工作的低频信号源，频率覆盖2～3GHz，其特点是采用小数分频模式在频带内产生任意小步进信号。两个芯片独立工作的特性是完成捷变频的基础，其原理图如图4所示。
根据图1和图4所示，低频源电路设有HMC830芯片u2和u3、低通滤波器F3和F4，第一开关SW1和SW2，HMC830使用SPI协议进行控制，每个芯片使用独立控制线独立工作，低通滤波器F3和F4采用型号为LFCN-3000的低通滤波器，第一开关SW1和SW2采用型号为HMC8038LP4C的高速射频开关。本实用新型采用100MHz信号作为参考并以此作为其鉴相频率，设计环路带宽为350MHz，相位裕度为50°，其相位噪声曲线见图5。
实用新型中第三个部分为信号快切及混频滤波电路，主要功能是将两路低频小步进源信号选择性开关切换，选择出来的信号与基准源信号进行混频产生需要的频段，然后进行滤波和放大对信号纯度和幅度进行调整。使用时将其中一个低频源作为备用预先配置频率值，等待被切换使用；当该低频源被切换选用时，另一个低频源作为备用重新进行频率配置等待被选用；本实用新型选用两级开关同步配置，有效保证两个低频源的信号隔离。其原理框图如图6和图7所示。
根据图1和图6所示，切换电路设有第二开关SW3、衰减器ATT1和第三放大器AMP3，第二开关SW2的输入端连接各个低频源电路的第一开关SW1的输出端，混频器MIX1使用型号为HMC260ALC3B的混频器，第四放大器AMP4)用型号为PMA2-183LN+的放大器，第二开关SW3采用型号为HMC8038LP4C的高速射频开关。设置衰减器ATT1，是因为若前级信号幅度偏大，对前级信号进行小幅度衰减后再进行放大，可以防止因过大信号进入第三放大器AMP3导致放大器输出过饱和。
本实用新型中信号切换靠高速射频开关来实现，射频开关本身切换速度可达到60ns，当使用单线触发式切换时，总切换时间可达到100ns。同时为了保证相位噪声指标，本实用新型采用低频信号与高频超低相位噪声混频的方式实现，根据混频相位噪声累加计算公式：
PNtot＝log(10PNlo+10PNif)
式中，PNtot为混频后相位噪声，PNlo基准源相位噪声，PNif为小步进低频源相位噪声，对两部分相位噪声累加计算见表1：
表1混频输出相位噪声计算
根据以上计算结果可知，整体信号源相位噪声能够达到-114dBc/Hz@10kHz，这种相噪水平可以应用于大多数Ku波段小步进信号源使用场景。本实用新型提供的频率源应用不限于通用本振源，也可以嵌入到通信的收发系统中，对高灵敏度和时限系统更能够发挥其优势。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术实用新型，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种Ku波段超低相噪捷变频频率源，其特征在于：包括基准源电路、多个低频源电路、切换电路和混频电路，其中，
所述基准源电路用于通过锁相产生一路基准源，基准源电路设有第一放大器(AMP1)、五倍频器(FM1)、第一带通滤波器(F1)、ADF4377芯片(u1)、第二带通滤波器(F2)和第二放大器(AMP2)；
各个低频源电路用于单独产生一路低频小步进的低频源，各个低频源电路设有HMC830芯片(u2；u3)、低通滤波器(F3；F4)和第一开关(SW1；SW2)；
所述切换电路用于选择一路低频源电路产生的低频源并输出，切换电路设有第二开关(SW3)、衰减器(ATT1)和第三放大器(AMP3)，第二开关(SW2)的输入端连接各个低频源电路的第一开关(SW1)的输出端；
所述混频电路用于对基准源和切换电路选择的低频源进行混频处理并生成Ku波段射频信号，混频电路设有混频器(MIX1)、第三带通滤波器(F5)和第四放大器(AMP4)，混频器的LO输入端连接基准源电路的输出端、IF输入端连接切换电路的输出端，混频器的RF输出端连接第三带通滤波器(F5)的输入端，第四放大器(AMP4)输出经过滤波和放大处理的Ku波段射频信号。
2.根据权利要求1所述的一种Ku波段超低相噪捷变频频率源，其特征在于，所述捷变频频率源还包括：
晶振电路(OC1)，用于产生时钟信号；
功分器(PV1)，用于将所述时钟信号分成多路输入信号，分别送入基准源电路和各个低频源电路的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种Ku波段超低相噪捷变频频率源，其特征在于，所述基准源电路中的ADF4377芯片进行锁相频率合成，使用整数分频模式，合成输出12GHz超低相位噪声点频，低频源电路中的HMC830芯片采用小数分频模式，产生频率覆盖2～3GHz的低频信号源，混频电路输出的Ku波段射频信号的频率为14～15GHz。
4.根据权利要求1所述的一种Ku波段超低相噪捷变频频率源，其特征在于，所述基准源电路中，第一放大器(AMP1)和第二放大器(AMP2)采用型号为HMC589AST89E的放大器，五倍频器(FM1)采用型号为RMK5-571+的无源五倍频器，第一带通滤波器(F1)和第二带通滤波器(F2)采用型号为TA0524A的带通滤波器；
所述低频源电路和混频电路中，低通滤波器(F3；F4)采用型号为LFCN-3000的低通滤波器，第一开关(SW1；SW2)和第二开关(SW3)均采用型号为HMC8038LP4C的高速射频开关，混频器(MIX1)使用型号为HMC260ALC3B的混频器，第四放大器(AMP4)采用型号为PMA2-183LN+的放大器。
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