CN221127275U - 一种低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种频率合成模块，包括信号分路单元、第一滤波单元、第一放大单元、第一功分单元、第二滤波单元、信号转换单元、第二功分单元、第二放大单元、第一混频单元以及第二混频单元；通过信号分路单元将输入信号至少分为两路信号，并分别通过第一放大单元、第一功分单元、第二滤波单元、信号转换单元对两路信号调制后输入第一混频单元混频输出，另一方面，在对两路信号调制后通过第一功分单元、第二功分单元连接到第一混频单元，并通过第一功分单元、第二功分单元的另一输出端连接到第二混频单元混频后放大输出。本申请通过混频单元将同一信号源混频放大输出成两个Ku‑Ka波段频率相差大的信号，有效改善直接变频模式下相位噪声不佳的问题。

Description

一种低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块

技术领域

本申请涉及微波混合集成电路技术领域，尤其涉及一种低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块。

背景技术

频率合成模块作为通信系统的重要组成部分，其各项指标非常关键，特别是相位噪声和杂散，相位噪声影响通信系统的多项性能，如在接收机中，相位噪声决定了接收机信噪比、相邻信道抑制等；杂散指标影响系统接收机的灵敏度。相位噪声是频率源最重要的指标之一，它决定了频率源的复杂度，技术难度和成本。通常情况下，如果要求相位噪声低几个水平值，可能使频率源的设计复杂度，技术难度和成本都成倍地增加。因此低相位噪声的设计是频率源设计中的关键技术。

相位噪声输出的大小还跟输出频率有关，一般按每倍频6dB变坏，通俗的说就是频率越高相位噪声越差。在由单一信号源调制输出两种不同信号且两种信号频率相差较大——如同时输出两个Ku-Ka波段频率信号的应用场景中，需要保持输出的两种信号的相位噪声相对一致，将会引起巨大的成本投入，比如选用具有更优良相位噪声指标的器件，或增加抑制相位噪声的器件，导致频率合成模块结构复杂，PCB设计利用率低，也会增大生产加工难度。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，旨在解决目前常规合成技术合成的频率合成器相位噪声高以及输出杂散多的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，包括：信号分路单元、第一滤波单元、第一放大单元、第一功分单元、第二滤波单元、信号转换单元、第二功分单元、第二放大单元、第一混频单元以及第二混频单元；

所述信号分路单元用于将输入信号至少分为第一信号路与第二信号路，所述第一信号路依次通过所述第一滤波单元、所述第一放大单元以及所述第一功分单元的一个输出端连接到所述第一混频单元，所述第二信号路依次通过所述第二滤波单元、所述信号转换单元以及所述第二功分单元的一个输出端连接到所述第一混频单元，所述第一混频单元输出一路合成信号；

所述第一功分单元的另一个输出端连接到所述第二混频单元的输入端，所述第二功分单元的另一个输出端连接到所述第二放大单元的输入端，所述第二放大单元的输出端与所述第二混频单元的输入端连接，所述第二混频单元输出另一路合成信号。

可选地，所述频率合成模块还包括第三滤波单元和第四滤波单元，所述第三滤波单元的输入端与所述第一混频单元的输出端连接，所述第四滤波单元的输入端与所述第二混频单元的输出端连接。

可选地，所述频率合成模块还包括第三放大单元和第四放大单元，所述第三放大单元的输入端与所述第三滤波单元的输出端连接，所述第四放大单元的输入端与所述第四滤波单元的输出端连接。

可选地，所述第一滤波单元、所述第二滤波单元、所述第三滤波单元以及所述第四滤波单元均为滤波器，用于滤除杂散信号。

可选地，每个滤波器分别根据输入的信号频率选择参数。

可选地，所述第一放大单元、所述第二放大单元、所述第三放大单元以及所述第四放大单元为放大器，用于提高输入信号的增益。

可选地，所述信号分路单元、所述第一功分单元以及所述第一功分单元为功分器，所述第二信号路还包括连接在所述信号分路单元和所述第二滤波单元之间的电阻件。

可选地，所述信号转换单元为集成有VCO的锁相环。

可选地，所述锁相环的可控输出频率为25Mh～6000Mhz。

可选地，所述第一混频单元、所述第二混频单元均为混频器。

本申请的频率合成模块，包括信号分路单元、第一滤波单元、第一放大单元、第一功分单元、第二滤波单元、信号转换单元、第二功分单元、第二放大单元、第一混频单元以及第二混频单元；通过信号分路单元将输入信号至少分为第一信号路与第二信号路，第一信号路依次通过第一滤波单元、第一放大单元以及第一功分单元的一个输出端连接到第一混频单元，第二信号路依次通过第二滤波单元、信号转换单元以及第二功分单元的一个输出端连接到第一混频单元，第一混频单元输出一路合成信号。本申请的频率合成模块对信号源分路后通过滤波单元、放大单元以及转换单元进行调制，且在调制的过程有效降低被调制信号的相位噪声和杂散，然后通过功分单元进行多组混频方式进一步控制输出信号的相位噪声及杂散，实现了每一路输出信号的相位噪声和杂散得到有效控制并保持相对一致。

附图说明

图1为本申请频率合成模块的一个实施例结构示意图；

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

频率合成是利用一个或多个频率标准信号，通过各种技术途径产生大量离散频率信号的方式。其广泛应用于仪器仪表、遥控遥测通信、雷达、电子对抗、电子侦察、导航以及广播领域，目前微波电子技术的发展所要求的频率合成的技术指标越来越高，尤其是合成输出信号的相位噪声和杂散，但输出信号的相位噪声和杂散受信号源、频率合成器件、合成方式等多种因素影响，在调制输出目标信号的同时降低相位噪声和杂散较为困难。

在通过调制一个信号源输出两路频率相差大的信号的场景中，如调制Ku、Ka波段频率信号，Ku波段频率范围在12GHz-18GHz，Ka波段频率范围在27GHz-40GHz，两个波段的最小频率差接近10GHz，如要通过一个信号源调制成分属上述两个波段频率的两路或多路输出信号，可以通过对信号源分路倍频的方式实现，但在此过程中，调制所选用的器件或是倍频方式本身，都会造成相位噪声指标和杂散的恶化。以相位噪声为例，从已有经验可知，相位噪声的恶化情况与输出信号的倍频比相关，一般按每倍频6dB恶化，也即要求输出信号的频率越高，相应地，其相位噪声也越差。而同时输出Ku波段和Ka波段频率的信号，更无法避免这种情况，因此本申请提出一种低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，可使同时输出Ku波段和Ka波段频率的两路信号保证较低且相对一致的相位噪声。

参见图1，低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块包括信号分路单元、第一滤波单元、第一放大单元、第一功分单元、第二滤波单元、信号转换单元、第二功分单元、第二放大单元、第一混频单元以及第二混频单元；

所述信号分路单元用于将输入信号至少分为第一信号路与第二信号路，所述第一信号路依次通过所述第一滤波单元、所述第一放大单元以及所述第一功分单元的一个输出端连接到所述第一混频单元，所述第二信号路依次通过所述第二滤波单元、所述信号转换单元以及所述第二功分单元的一个输出端连接到所述第一混频单元，所述第一混频单元输出一路合成信号；

所述第一功分单元的另一个输出端连接到所述第二混频单元的输入端，所述第二功分单元的另一个输出端连接到所述第二放大单元的输入端，所述第二放大单元的输出端与所述第二混频单元的输入端连接，所述第二混频单元输出另一路合成信号。

在本实施例中，外部输入信号输入后，经信号分路单元，一路通过第一滤波单元对频率进行过滤以得到中频信号同时抑制信号杂散，然后经第一放大单元增益，通过第一功分单元的一个输出端输入第一混频单元；另一路通过第二滤波单元同样对信号频率进行过滤，得到信号转换单元的参考信号并起到抑制信号杂散作用，参考信号在信号转换单元倍频输出为本振信号，再通过第二功分单元的一个输出端输入到第一混频单元；当两路信号在第一混频单元中进行混频，得到频率处于中频信号和本振信号频率之间的信号f1时，其相位噪声较之直接变频所产生的相位噪声恶化较好。对混频模式而言，两个输入信号相噪相同时，输出相噪恶化6dB；相对倍频模式对输入信号的频率和相位同时倍乘，也就是将倍频模块看作相位倍乘的模式而言，倍频的输出信号对输入信号的相位噪声而言，恶化20lgN(dBc/Hz)，其中，N表示输出信号相噪参数与输入信号相噪的比值。混频模式可以改善前述N值从而减小相位噪声恶化，当两个输入信号通过混频模式实现信号转换时，将获得较低相位噪声的输出信号。

上述实施例中采用的混频模式一方面可以降低输出信号的相位噪声，另一方面，将混频前的信号分别再次分路并通过第二混频单元混频输出信号f2的方式也可实现调制输出两路目标信号，在Ku-Ka波段信号调制中即实现了同时输出频率相差大但相位噪声相对一致的两路信号。

作为一种可实施地方式，在上述实施例的基础上，所述频率合成模块还包括第三滤波单元和第四滤波单元，所述第三滤波单元的输入端与所述第一混频单元的输出端连接，所述第四滤波单元的输入端与所述第二混频单元的输出端连接。

在本实施例中，在输出信号f1、f2后，为满足应用需求、改善信号质量，通过第三滤波单元和第四滤波单元对输出信号f1、f2进行处理，具体可以一致输出信号的杂散并作频率筛选，从而提高输出信号的可用性。

可选地，所述第一滤波单元、所述第二滤波单元、所述第三滤波单元以及所述第四滤波单元均为滤波器，用于滤除杂散信号。

可选地，每个滤波器分别根据输入的信号频率选择性能参数。

可选地，滤波器选用低通滤波器。

在本实施例中，多个滤波单元均选用滤波器，但滤波器的性能参数选用各有不同，主要原因在于信号在频率合成模块中不断被处理调制，滤波器作为处理调制器件之一，其作为高度集成化的器件且性能参数可满足相应地依据输入信号在调制过程中的特质以及实际设计需求而适配选择，从而实现本申请最终目的。

作为一种可实施地方式，在上述实施例的基础上，所述频率合成模块还包括第三放大单元和第四放大单元，所述第三放大单元的输入端与所述第三滤波单元的输出端连接，所述第四放大单元的输入端与所述第四滤波单元的输出端连接。

在本实施例中，为实现输出信号的部分使用，进一步对输出信号f1、f2通过第三放大单元和第四放大单元进行处理，放大单元的处理可以实现输出信号的电流增益、电压增益以及功率增益，使输出信号的应用场景得以拓展。

可选地，所述第一放大单元、所述第二放大单元、所述第三放大单元以及所述第四放大单元为放大器，用于提高输入信号的增益。

可选地，第一放大单元采用ILA-0206A-CQ4。

可选地，第二放大单元采用ILA-1840G。

可选地，第三放大单元采用IPA-0618-22。

可选地，第四放大单元采用IPA-2040C。

作为一种可实施地方式，所述信号分路单元、所述第一功分单元以及所述第二功分单元为功分器，所述第二信号路还包括连接在所述信号分路单元和所述第二滤波单元之间的电阻件。

在本实施例中，信号分路可以通过成本低、效果好、可对信号能量均等分配的功分器，在功分器将信号分为两路后，由于其中一路进入信号转换单元的信号是作为参考信号输入的，故需要对该信号的功率进行调整，因此通过加入电阻件进行阻抗匹配，实现需要的参考信号输入。

需要说明的是，本实施例仅作为一种实现上述效果方式之一，不用于对信号分路单元实际选用器件进行限制，例如，信号分路单元还可以通过耦合器直接实现不均等的能量、功率分配从而实现本申请的分路调制目的，但是实际使用中，由于需要考虑输入信号的参数，选用功分器作为信号分路并辅以电阻件的方式更具成本低、适应性强的优势。

可选地，所述信号转换单元为集成有VCO的锁相环。

特别地，在信号转换单元为集成有VCO的锁相环的实施方式中，锁相环的环路带宽决定着锁相环输出信号的相位噪声以及部分杂散信号进而影响频率合成模块输出信号的欣慰噪声。因此，采用继承有VCO的锁相环也能实现降低输出信号的相位噪声效果。

可选地，所述信号转换单元采用TW6220。

可选地，信号转换单元采用的锁相环可控输出频率为25Mh～6000Mhz。

作为一种可实施的方式，所述第一混频单元、所述第二混频单元均为混频器。

可选地，第一混频单元采用HG126HC。

可选地，第二混频单元采用IMX-2440。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述频率合成模块包括：信号分路单元、第一滤波单元、第一放大单元、第一功分单元、第二滤波单元、信号转换单元、第二功分单元、第二放大单元、第一混频单元以及第二混频单元；

所述信号分路单元用于将输入信号至少分为第一信号路与第二信号路，所述第一信号路依次通过所述第一滤波单元、所述第一放大单元以及所述第一功分单元的一个输出端连接到所述第一混频单元，所述第二信号路依次通过所述第二滤波单元、所述信号转换单元以及所述第二功分单元的一个输出端连接到所述第一混频单元，所述第一混频单元输出一路合成信号；

所述第一功分单元的另一个输出端连接到所述第二混频单元的输入端，所述第二功分单元的另一个输出端连接到所述第二放大单元的输入端，所述第二放大单元的输出端与所述第二混频单元的输入端连接，所述第二混频单元输出另一路合成信号。

2.根据权利要求1所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述频率合成模块还包括第三滤波单元和第四滤波单元，所述第三滤波单元的输入端与所述第一混频单元的输出端连接，所述第四滤波单元的输入端与所述第二混频单元的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述频率合成模块还包括第三放大单元和第四放大单元，所述第三放大单元的输入端与所述第三滤波单元的输出端连接，所述第四放大单元的输入端与所述第四滤波单元的输出端连接。

4.根据权利要求2所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述第一滤波单元、所述第二滤波单元、所述第三滤波单元以及所述第四滤波单元均为滤波器，用于滤除杂散信号。

5.根据权利要求4所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，每个滤波器分别根据输入的信号频率选择参数。

6.如权利要求3所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述第一放大单元、所述第二放大单元、所述第三放大单元以及所述第四放大单元为放大器，用于提高输入信号的增益。

7.如权利要求1所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述信号分路单元、所述第一功分单元以及所述第一功分单元为功分器，所述第二信号路还包括连接在所述信号分路单元和所述第二滤波单元之间的电阻件。

8.如权利要求1所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述信号转换单元为集成有VCO的锁相环。

9.如权利要求8所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述锁相环的可控输出频率为25Mh～6000Mhz。

10.如权利要求1所述的低杂散低相噪的Ku-Ka波段频率合成模块，其特征在于，所述第一混频单元、所述第二混频单元均为混频器。