一種超寬帶低相噪低雜散頻率合成器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，包括低相噪恒溫晶體振蕩器，低相噪恒溫晶體振蕩器與第一功率分配器連接，第一功率分配器的與第二功率分配器之間連接第一四倍頻電路，第一功率分配器與第一混頻電路之間連接低頻頻綜電路，第一混頻電路與第二功率分配器之間連接第二四倍頻電路，第一混頻電路與第二混頻電路之間依次連接可變除法器和第一濾波電路，第二混頻電路與第二功率分配器連接，第二混頻電路依次連接第二濾波電路、梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路和電調(diào)濾波器，單片機(jī)分別與低頻頻綜電路、可變除法器和數(shù)字電位器連接，數(shù)字電位器與每一個(gè)電調(diào)濾波器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型體積小、成本低、調(diào)試難度小、控制精度和可靠性高。
【專利說明】
一種超寬帶低相噪低雜散頻率合成器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種超寬帶低相噪低雜散頻率合成器。
【背景技術(shù)】
[0002]頻率合成器是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要組成部分，頻率合成器的性能直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能，如通信誤碼率、通信抗干擾能力、雷達(dá)掃描精度、衛(wèi)星定位精度等。因此，頻率合成器是決定電子系統(tǒng)性能的關(guān)鍵設(shè)備，被稱為電子系統(tǒng)的“心臟”。在通信、雷達(dá)、導(dǎo)航等設(shè)備中，頻率合成器既是發(fā)射機(jī)的激勵(lì)源，又是接收機(jī)的本地振蕩器，在電子測(cè)量設(shè)備中，頻率合成器又可作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。
[0003]隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代電子系統(tǒng)對(duì)頻率合成器的帶寬，低相噪，低雜散等性能要求越來越高。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)超寬帶低相噪低雜散頻率合成器的研究主要集中在直接式模擬頻率合成器和間接式鎖相環(huán)頻率合成器兩個(gè)方向。
[0004]直接式模擬頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換速度快，帶寬較寬，相位噪聲性能好。但是由于采用了大量的混頻、濾波電路，需要復(fù)雜的屏蔽、消除電磁干擾等措施，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗大、體積大、成本高、研制調(diào)試?yán)щy。
[0005]間接式鎖相環(huán)頻率合成器電路簡(jiǎn)單可靠，功耗低，但頻率分辨率與頻率切換速度之間相互矛盾，如果要提高切換速度，就必須犧牲分辨率，同時(shí)為了達(dá)到低相噪，低雜散的目標(biāo)，必須采用多個(gè)壓控振蕩器，增加了體積、成本和調(diào)試難度。
[0006]因此，有必要提供一種新的頻率合成器來解決上述問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種體積小、成本低、調(diào)試難度小、控制精度和可靠性高的超寬帶低相噪低雜散頻率合成器。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0009]—種超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，包括微處理器、數(shù)字電位器、低相噪恒溫晶體振蕩器、第一功率分配器、第二功率分配器、第一四倍頻電路、第二四倍頻電路、低頻頻綜電路、第一混頻電路、第二混頻電路、可變除法器、第一濾波電路、第二濾波電路、梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路和至少一個(gè)電調(diào)濾波器，所述低相噪恒溫晶體振蕩器的輸出端與所述第一功率分配器的輸入端連接，所述第一功率分配器的第一輸出端與所述第二功率分配器的輸入端之間連接所述第一四倍頻電路，所述第一功率分配器的第二輸出端與所述第一混頻電路的第一輸入端之間連接所述低頻頻綜電路，所述第一混頻電路的第二輸入端與所述第二功率分配器的第一輸出端之間連接所述第二四倍頻電路，所述第一混頻電路的輸出端與所述第二混頻電路的第一輸入端之間依次連接所述可變除法器和所述第一濾波電路，所述第二混頻電路的第二輸入端與所述第二功率分配器的第二輸出端連接，所述第二混頻電路的輸出端依次連接所述第二濾波電路、所述梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路和所述電調(diào)濾波器，所述微處理器分別與所述低頻頻綜電路、所述可變除法器和所述數(shù)字電位器連接，所述數(shù)字電位器與每一個(gè)所述電調(diào)濾波器連接。
[0010]優(yōu)選的，所述低頻頻綜電路包括鎖相環(huán)電路、環(huán)路濾波器、低相噪壓控振蕩器和第三功率分配器，所述鎖相環(huán)電路的第一輸入端與所述第一功率分配器的第二輸出端連接，所述鎖相環(huán)電路的第二輸入端與所述微處理器連接，所述鎖相環(huán)電路的第三輸入端與所述第三功率分配器的第一輸出端連接，所述鎖相環(huán)電路的輸出端與所述第三功率分配器的輸入端之間依次連接所述環(huán)路濾波器和所述低相噪壓控振蕩器，所述第三功率分配器的第二輸出端與所述第一混頻電路的第一輸入端連接。
[0011 ]優(yōu)選的，所有所述電調(diào)濾波器串聯(lián)連接。
[0012]優(yōu)選的，所述電調(diào)濾波器設(shè)有兩個(gè)。
[0013]優(yōu)選的，所述微處理器包括單片機(jī)。
[0014]優(yōu)選的，所述頻率合成器還包括外部控制接口，所述外部控制接口與所述微處理器連接以將接收到的外部控制信號(hào)輸入至所述微處理器。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型超寬帶低相噪低雜散頻率合成器的有益效果在于:
[0016](I)本方案采用晶振信號(hào)倍頻之后與低頻信號(hào)混頻之后再進(jìn)行除頻，得到超低相噪的低頻信號(hào)，與單環(huán)鎖相環(huán)頻率合成器相比，相噪非常低，與直接數(shù)字頻率合成器相比，雜散非常低。
[0017](2)本方案采用超低相噪低頻信號(hào)經(jīng)過梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路，取其諧波的方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)直接模擬頻率合成器中多個(gè)倍頻器，大大降低了體積，同時(shí)能獲得低相噪的寬帶高頻信號(hào)。
[0018](3)本方案采用低底噪的鎖相環(huán)，低相噪壓控振蕩器和可變除法器芯片代替直接數(shù)字頻率合成器來實(shí)現(xiàn)小步進(jìn)，降低了雜散，實(shí)現(xiàn)了寬帶頻率合成器的低雜散性能。
[0019](4)本方案采用多級(jí)電調(diào)濾波器，與傳統(tǒng)的分波段濾波器組相比，大大降低了體積，減少了成本，同時(shí)用采用數(shù)字電位器代替機(jī)械電位器來控制電調(diào)濾波器，增加了控制精度和可靠性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型超寬帶低相噪低雜散頻率合成器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021 ]圖2為本實(shí)用新型所述低頻頻綜電路的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0023]請(qǐng)參閱圖1至圖2所示，本實(shí)用新型提供一種超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，包括微處理器、數(shù)字電位器、低相噪恒溫晶體振蕩器、第一功率分配器、第二功率分配器、第一四倍頻電路、第二四倍頻電路、低頻頻綜電路、第一混頻電路、第二混頻電路、可變除法器、第一濾波電路、第二濾波電路、梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路和至少一個(gè)電調(diào)濾波器，所述低相噪恒溫晶體振蕩器的輸出端與所述第一功率分配器的輸入端連接，所述第一功率分配器的第一輸出端與所述第二功率分配器的輸入端之間連接所述第一四倍頻電路，所述第一功率分配器的第二輸出端與所述第一混頻電路的第一輸入端之間連接所述低頻頻綜電路，所述第一混頻電路的第二輸入端與所述第二功率分配器的第一輸出端之間連接所述第二四倍頻電路，所述第一混頻電路的輸出端與所述第二混頻電路的第一輸入端之間依次連接所述可變除法器和所述第一濾波電路，所述第二混頻電路的第二輸入端與所述第二功率分配器的第二輸出端連接，所述第二混頻電路的輸出端依次連接所述第二濾波電路、所述梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路和所述電調(diào)濾波器，所述微處理器分別與所述低頻頻綜電路、所述可變除法器和所述數(shù)字電位器連接，所述數(shù)字電位器與每一個(gè)所述電調(diào)濾波器連接。
[0024]在本實(shí)用新型中，所述低頻頻綜電路包括鎖相環(huán)電路、環(huán)路濾波器、低相噪壓控振蕩器和第三功率分配器，所述鎖相環(huán)電路的第一輸入端與所述第一功率分配器的第二輸出端連接，所述鎖相環(huán)電路的第二輸入端與所述微處理器連接，所述鎖相環(huán)電路的第三輸入端與所述第三功率分配器的第一輸出端連接，使第三功率分配器的第一輸出端輸出反饋信號(hào)至鎖相環(huán)電路，所述鎖相環(huán)電路的輸出端與所述第三功率分配器的輸入端之間依次連接所述環(huán)路濾波器和所述低相噪壓控振蕩器，所述第三功率分配器的第二輸出端與所述第一混頻電路的第一輸入端連接。
[0025]鎖相環(huán)電路對(duì)所述第一功率分配器的第二輸出端輸出的寬帶信號(hào)和第三功率分配器的第一輸出端輸出的寬帶信號(hào)的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差控制電壓，環(huán)路濾波器濾除誤差控制電壓的高頻分量和噪聲，改善相位噪聲性能，增加環(huán)路穩(wěn)定性，低相噪壓控振蕩器的振蕩頻率受環(huán)路濾波器的輸出電壓控制，通過控制反饋信號(hào)分頻比來控制輸出信號(hào)的頻率。
[0026]此外，所述頻率合成器還包括外部控制接口，所述外部控制接口與所述微處理器連接以將接收到的外部控制信號(hào)輸入至所述微處理器。所述微處理器包括單片機(jī)，所有所述電調(diào)濾波器串聯(lián)連接，在本實(shí)施例中，所述電調(diào)濾波器設(shè)有兩個(gè)，在具體應(yīng)用時(shí)，所述電調(diào)濾波器的數(shù)量可以做適當(dāng)增減。
[0027]本實(shí)用新型的工作原理為:所述低相噪恒溫晶體振蕩器通過第一功率分配器將100M低相噪信號(hào)分為兩路100M低相噪信號(hào)，其中一路100M低相噪信號(hào)送到低頻頻綜電路，產(chǎn)生小步進(jìn)200M-400M寬帶信號(hào)，另一路經(jīng)過第一四倍頻電路產(chǎn)生400M信號(hào)，400M信號(hào)再經(jīng)過第二功率分配器分為兩路400M信號(hào)，其中一路400M信號(hào)經(jīng)過第二四倍頻電路產(chǎn)生1600M信號(hào)，1600M信號(hào)與小步進(jìn)200M-400M寬帶信號(hào)送入第一混頻電路進(jìn)行混頻后產(chǎn)生1800-2000M寬帶信號(hào)，1800-2000M寬帶信號(hào)經(jīng)過可變除法器處理后產(chǎn)生100-250M寬帶信號(hào)，100-250M寬帶信號(hào)經(jīng)過第一濾波電路濾波后與另一路400M信號(hào)送入第二混頻電路進(jìn)行混頻后產(chǎn)生500-650M寬帶信號(hào)，500-650M寬帶信號(hào)經(jīng)過第二濾波電路濾波后送入梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路，產(chǎn)生500-650M的各次諧波寬帶信號(hào)，各次諧波中的四次諧波寬帶信號(hào)為2000-2600M，五次諧波寬帶信號(hào)為2500-3250M，六次諧波寬帶信號(hào)為3000-3900M，七次諧波寬帶信號(hào)為3500-4550M，各次諧波寬帶信號(hào)送入電調(diào)濾波器進(jìn)行濾波，濾除不需要的諧波寬帶信號(hào)，得到超寬帶低相噪低雜散的信號(hào)，更高頻率的低相噪低雜散信號(hào)可以通過選擇不同工作頻率的電調(diào)濾波器來實(shí)現(xiàn)。
[0028]控制信號(hào)的控制流程為:外部控制信號(hào)通過外部控制接口引入單片機(jī)，單片機(jī)接收外部控制信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)解析，發(fā)出控制信號(hào)來控制低頻頻綜電路中的鎖相環(huán)電路、可變除法器和數(shù)字電位器，數(shù)字電位器產(chǎn)生不同的控制電壓來控制不同的電調(diào)濾波器。
[0029]在本實(shí)施例中，低頻頻綜電路的帶內(nèi)殘留相位噪聲的計(jì)算公式為:
[0030 ] PNsynth = PNtot+ 1I gFpFD+20 IgN(I)[0031 ] PNsynth為帶內(nèi)殘留相位噪聲，單位為dBc/Hz，PNtqt為鎖相環(huán)底噪，單位為dBc/Hz，F(xiàn)pfd為鑒相頻率，單位為Hz，N為鎖相環(huán)電路反饋分頻比。
[0032]為實(shí)現(xiàn)輸出射頻信號(hào)小步進(jìn)，鑒相頻率為IMHz，分頻比為200，輸出200M，環(huán)路濾波器帶寬為40kHz，鎖相環(huán)底噪為-233dBc/HZ@10kHZ，低相噪壓控振蕩器的相位噪聲為-120dBc/Hz@10kHz，根據(jù)公式(I)計(jì)算帶內(nèi)相位噪聲
[0033]PNsynth = -127dBc/Hzi I OkHz
[0034]100M低相噪恒溫晶體振蕩器的相位噪聲是-155dBc/HZ@10kHZ，經(jīng)過低頻頻綜電路后得到200M輸出，200M信號(hào)的相位噪聲為-127dBc/HZ@10kHZ，低相噪恒溫晶體振蕩器輸出的100M信號(hào)經(jīng)過第一、第二四倍頻器后變?yōu)?600M的信號(hào)，相位噪聲比100M信號(hào)惡化24dB，變?yōu)?131dBc/HZ@10kHZ，1600M信號(hào)與200M信號(hào)混頻得到1800M信號(hào)，相位噪聲與輸入信號(hào)中相位噪聲較差的信號(hào)的相位噪聲一致，即1800M信號(hào)的相位噪聲為-127dBc/HZ@10kHZ，1800M信號(hào)經(jīng)過可變除法器除以18得到100M信號(hào)，100M信號(hào)相位噪聲為-152dBc/Hz@1kHz，與經(jīng)過第一四倍頻器和第二功率分配器后的400M信號(hào)混頻，400M信號(hào)的相位噪聲為-143dBc/HZ@10kHZ，混頻后輸出信號(hào)為500M，相位噪聲為-143dBc/HZ@10kHZ，經(jīng)過梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路后產(chǎn)生各次諧波信號(hào)，其中四次諧波信號(hào)為2000M，相位噪聲為-131dBC/Hz@10kHz，八次諧波信號(hào)為4000M，相位噪聲為-125dBc/Hz@10kHz，相位噪聲很低，基本與100M低相噪恒溫晶體振蕩器的信號(hào)倍頻后得到的信號(hào)的相位噪聲相等。
[0035]低相噪設(shè)計(jì)方式如下:
[0036](I)10M低相噪恒溫晶體振蕩器的輸出信號(hào)經(jīng)過第一、第二四倍頻電路之后再經(jīng)過多級(jí)電調(diào)濾波器濾除遠(yuǎn)端噪聲來實(shí)現(xiàn)低相噪。
[0037](2)低頻頻綜電路選用底噪低的鎖相環(huán)芯片和相位噪聲低的壓控振蕩器，并精心調(diào)試環(huán)路濾波器來實(shí)現(xiàn)低相噪。
[0038](3)通過第一、第二四倍頻電路后的高頻信號(hào)與低頻頻綜電路的低相噪信號(hào)進(jìn)行混頻后再通過可變除法器進(jìn)行除頻，來實(shí)現(xiàn)低頻寬帶信號(hào)的低相噪。
[0039](4)用梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高頻鎖相環(huán)頻率合成器來實(shí)現(xiàn)從低頻寬帶信號(hào)到高頻寬帶信號(hào)的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了低相噪。
[0040]低雜散設(shè)計(jì)方式如下:
[0041](I)各個(gè)射頻模塊之間都有多級(jí)的相應(yīng)濾波器來濾除相應(yīng)雜散，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的低雜散。
[0042](2)多級(jí)電調(diào)濾波器濾除梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的不需要的諧波，大大提高的輸出信號(hào)的純度，實(shí)現(xiàn)了低雜散。
[0043]電磁兼容性設(shè)計(jì)方式如下:
[0044](I)低雜散低相噪設(shè)計(jì)，提高整體的電磁兼容性能。
[0045](2)各個(gè)模塊之間通過金屬腔體加強(qiáng)隔離。
[0046](3)電路板良好的接地來保證整體的電磁兼容性能。
[0047]以上示意性的對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實(shí)用新型的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，其特征在于:包括微處理器、數(shù)字電位器、低相噪恒溫晶體振蕩器、第一功率分配器、第二功率分配器、第一四倍頻電路、第二四倍頻電路、低頻頻綜電路、第一混頻電路、第二混頻電路、可變除法器、第一濾波電路、第二濾波電路、梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路和至少一個(gè)電調(diào)濾波器，所述低相噪恒溫晶體振蕩器的輸出端與所述第一功率分配器的輸入端連接，所述第一功率分配器的第一輸出端與所述第二功率分配器的輸入端之間連接所述第一四倍頻電路，所述第一功率分配器的第二輸出端與所述第一混頻電路的第一輸入端之間連接所述低頻頻綜電路，所述第一混頻電路的第二輸入端與所述第二功率分配器的第一輸出端之間連接所述第二四倍頻電路，所述第一混頻電路的輸出端與所述第二混頻電路的第一輸入端之間依次連接所述可變除法器和所述第一濾波電路，所述第二混頻電路的第二輸入端與所述第二功率分配器的第二輸出端連接，所述第二混頻電路的輸出端依次連接所述第二濾波電路、所述梳狀譜信號(hào)發(fā)生電路和所述電調(diào)濾波器，所述微處理器分別與所述低頻頻綜電路、所述可變除法器和所述數(shù)字電位器連接，所述數(shù)字電位器與每一個(gè)所述電調(diào)濾波器連接。2.如權(quán)利要求1所述的超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，其特征在于:所述低頻頻綜電路包括鎖相環(huán)電路、環(huán)路濾波器、低相噪壓控振蕩器和第三功率分配器，所述鎖相環(huán)電路的第一輸入端與所述第一功率分配器的第二輸出端連接，所述鎖相環(huán)電路的第二輸入端與所述微處理器連接，所述鎖相環(huán)電路的第三輸入端與所述第三功率分配器的第一輸出端連接，所述鎖相環(huán)電路的輸出端與所述第三功率分配器的輸入端之間依次連接所述環(huán)路濾波器和所述低相噪壓控振蕩器，所述第三功率分配器的第二輸出端與所述第一混頻電路的第一輸入端連接。3.如權(quán)利要求1所述的超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，其特征在于:所有所述電調(diào)濾波器串聯(lián)連接。4.如權(quán)利要求2所述的超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，其特征在于:所述電調(diào)濾波器設(shè)有兩個(gè)。5.如權(quán)利要求1所述的超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，其特征在于:所述微處理器包括單片機(jī)。6.如權(quán)利要求1所述的超寬帶低相噪低雜散頻率合成器，其特征在于:所述頻率合成器還包括外部控制接口，所述外部控制接口與所述微處理器連接以將接收到的外部控制信號(hào)輸入至所述微處理器。
【文檔編號(hào)】H03L7/18GK205647494SQ201620106536
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日
【發(fā)明人】徐巍, 陳秋云, 汪秀華
【申請(qǐng)人】昆山九華電子設(shè)備廠