CN106209089A - 一种单环路分频式宽带锁相频率合成器 - Google Patents
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Abstract
一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，包括晶体振荡器、锁相芯片、环路滤波器、压控振荡器、宽带二功分器、带可变分频器、宽带开关滤波器。晶体振荡器的输出端与锁相芯片的输入端相连；锁相芯片的输出端与环路滤波器的输入端相连；环路滤波器的输出端与压控振荡器的输入端相连；压控振荡器的输出端与宽带二功分器相连；宽带二功分器输出两路信号，一路与锁相芯片相连，另一路与宽带可变分频器相连；宽带可变分频器与宽带开关滤波器相连；宽带开关滤波器输出端为频率合成器的输出端。本发明具有以下优点：采用宽带单锁相环路，并通过宽带可变分频技术，将输出信号的频率进行扩展，简化了实现的电路、减小了设备量、降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及超宽带锁相频率合成技术，特别是涉及一种新型单环路分频式超宽带锁相频率合成方法。
背景技术
频率合成器是一种从一个或多个参考频率中产生多种频率的信号源，在雷达、仪器测试、计算机应用、电视广播、电子侦察与对抗、导航、宇宙飞行和通信等电子***中得到了广泛的应用，通常被称为电子***的“心脏”，其性能在很大程度上直接影响着整个电子***的性能。随着电子技术的飞速发展，尤其微电子集成技术的发展，电子***对频率合成器的要求也在逐渐提高，超大宽带、快速频率捷变、低相位噪声、高分辨率、小体积和低功耗等都是频率合成器的研究热点。
超宽带频率合成器在宽带雷达、电子侦察与对抗、仪器仪表和微波测量等电子***中扮演着非常重要的角色。目前常规的超宽带频率合成器通常采用以下两种方式实现：一是通过锁相产生低频信号后，再进行多路倍频的方式来实现频率的展宽，通过开关切换选择不同的倍频链路来实现超宽带信号的产生；二是通过多路锁相电路产生不同频率的信号，再由开关切换的方式来实现频谱的拼接展宽，从而实现超宽带信号的产生。
上述两种常规的超宽带频率合成方式，由于采用了多路倍频链路、多路锁相环路来展宽输出信号的频率，通过四选一开关来进行频率的选择和展宽，电路实现较为繁琐、设备量较大、成本较高，不易于小型化的集成设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供了一种实现电路简单且设备量较小的单环路分频式宽带锁相频率合成方法。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，包括晶体振荡器(1)、锁相芯片(2)、环路滤波器(3)、压控振荡器(4)、宽带二功分器(5)，还包括宽带可变分频器(6)、宽带开关滤波器(7)；其中，晶体振荡器(1)的输出端与锁相芯片(2)的输入端相连；锁相芯片(2)的输出端与环路滤波器(3)的输入端相连；环路滤波器(3)的输出端与压控振荡器(4)的输入端相连；压控振荡器(4)的输出端与宽带二功分器(5)相连；宽带二功分器(5)输出两路信号，一路与锁相芯片(2)相连，另一路与宽带可变分频器(6)相连；宽带可变分频器(6)与宽带开关滤波器(7)相连；宽带开关滤波器(7)输出端为本新型单环路分频式超宽带锁相频率合成器的输出端。
具体的，所述单环路分频式超宽带锁相频率合成器的合成方法包括：
晶体振荡器(1)输出的参考基准信号送往锁相芯片(2)作为参考基准信号，锁相芯片(2)将宽带二功分器(5)送过来的信号进行相应的分频处理，产生的信号与晶体振荡器(1)送入的参考基准信号进行鉴相，锁相芯片(2)将这两个信号间的相位差转化为电压值，送往环路滤波器(3)，环路滤波器(3)将其中的高频分量和噪声滤除，并将该直流分量送给压控振荡器(4)，压控振荡器(4)根据送入的电压值产生相应频率的信号，频率范围覆盖F1～F2，该信号经过宽带二功分器(5)分为幅度相等的两路信号，一路送锁相芯片(2)进行鉴相，另一路送宽带可变分频器(6)，根据控制信号改变分频比，输出不同频率信号送宽带开关滤波器(7)，分频比为N1时，输出信号的频率为F1/N1～F2/N1，分频比为N2时，输出信号的频率为F1/N2～F2/N2，以此类推，分频比为Nn时，输出信号的频率为F1/Nn～F2/Nn，根据控制信号,宽带开关滤波器(7)对接收到的信号进行低通滤波，滤除不需要的其他频率的杂波信号，输出信号即为单环路分频式超宽带锁相频率合成器的输出信号，频率覆盖范围为F1/Nn～F2/N1。
进一步优化的，所述压控振荡器(4)产生的频率的信号覆盖范围为10GHz～20GHz，宽带可变分频比为1、2、4、8，输出频率覆盖范围为1.25GHz～20GHz。
进一步优化的，所述晶体振荡器(1)采用的是频率为100MHz的低相位噪声恒温晶振。
进一步优化的，所述锁相芯片(2)为电荷泵式数字锁相环器件，射频输入频率最高达20GHz，内部锁相芯片的最大鉴相频率为100MHz，归一化相位噪声为-230dBc/Hz，通过控制信号进行相应的参数配置。
进一步优化的，所述环路滤波器(3)采用的是有源环路滤波器，环路带宽为200kHz。
进一步优化的，所述压控振荡器(4)采用的是频率范围覆盖为10GHz～20GHz的宽带压控振荡器。
进一步优化的，所述宽带二功分器(5)采用的是频率覆盖5GHz～30GHz的无源二功分器，将压控振荡器(4)输出的宽带信号分为两路，一路送给锁相芯片(2)进行射频反馈，另一路送给宽带可变分频器(6)进行可变分频。
进一步优化的，所述宽带可变分频器(6)的工作频率覆盖DC～20GHz，分频比通过配置为1、2、4和8四种。
进一步优化的，所述宽带开关滤波器(7)的工作频率为1.25GHz～20GHz。
本发明相比现有技术具有以下优点：采用宽带单锁相环路，并通过宽带可变分频技术，将输出信号的频率进行扩展，简化了实现的电路、减小了设备量、降低了成本，且更易于小型化的集成设计。
附图说明
图1是本发明一种新型单环路分频式超宽带锁相合成器的结构图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1，本发明一种新型的单环路分频式超宽带锁相频率合成器，包括晶体振荡器1、锁相芯片2、环路滤波器3、压控振荡器4、宽带二功分器5、宽带可变分频器6、宽带开关滤波器7。其中：
晶体振荡器1的输出端与锁相芯片2的输入端相连，锁相芯片2的输出端与环路滤波器3的输入端相连，环路滤波器3的输出端与压控振荡器4的输入端相连，压控振荡器4的输出端与宽带二功分器5相连，宽带二功分器5输出两路信号，一路与锁相芯片2相连，另一路与宽带可变分频器6相连，宽带可变分频器6与宽带开关滤波器7相连，宽带开关滤波器7输出端为本新型单环路分频式超宽带锁相频率合成器的输出端。
进一步说，晶体振荡器1的型号为SOXO17AF100MDSGC，输出信号频率F0为100MHz，输出幅度P1约为13dBm，相位噪声优于-155dBc/Hz@1kHz用来产生高质量的100MHz参考信号。
锁相芯片2为高性能电荷泵式数字锁相环器件，型号为GM4705A，最高的鉴相频率为100MHz，最高射频输入频率达20GHz，归一化相位噪声优于-230dBc/Hz，可通过控制信号进行相应的参数配置。
环路滤波器3采用的是有源环路滤波器，环路带宽约为200kHz，在滤除了鉴相误差电压中的高频分量和噪声的同时，将输入的电压进行了放大。
压控振荡器4采用的是宽带压控振荡器，型号为HMC733LC4B，频率范围覆盖10GHz～20GHz，相位噪声优于-90dBc/Hz@100kHz，根据环路滤波器输入的电压进行相应频率的输出。
宽带二功分器5采用的是超宽带无源二功分器，型号为PD-0530SMG，频率覆盖5GHz～30GHz，***损耗小于3dB，隔离度约为25dBc，将压控振荡器输出的宽带信号分为两路，一路送给锁相芯片2进行射频反馈，另一路送给宽带可变分频器6进行可变分频。
宽带可变分频器6的型号是UXD20P，工作频率覆盖DC～20GHz，分频比可通过配置为1、2、4和8四种，相位噪声优于-153dBc/Hz@10kHz。
宽带开关滤波器7的工作频率为1.25GHz～20GHz，主要是对分频后的宽带信号进行分段滤波，将宽带可变分频器输出的基波以及各次谐波信号进行抑制，输出频谱纯净的超宽带信号。
进一步说，晶体振荡1输出100MHz高稳定高质量的晶振信号，送锁相芯片2作为锁相环路的参考时钟信号，锁相芯片2配置鉴相频率为100MHz，N分频器的分频比配置为100～200，将压控振荡器4送过来的10GHz～20GHz信号，通过可变分频比的N分频器分频至100MHz(10GHz对应的分频比为100，20GHz对应的分频比为200，以此类推)，与100MHz的晶振信号进行鉴相，将两者之间的相位差转化为电压输出送环路滤波器3，通过环路滤波器3将其高频分量和噪声滤除，并将其直流分量送压控振荡器4，压控振荡器4根据环路滤波器3的直流电压值输出相应的频率信号，频率范围覆盖10GHz～20GHz，该信号经过宽带二功分器5后分为幅度相等的两路信号，一路送锁相芯片2进行N分频和鉴相处理，另一路送宽带可变分频器6，宽带可变分频器6的输入信号频率范围为10GHz～20GHz，通过改变分频比得到所需的超宽带信号，进一步说，宽带可变分频器6分频比设置为1时，宽带可变分频器6输出信号频率为10GHz～20GHz；当分频比设置为2时，输出信号频率为5GHz～10GHz；当分频比设置为4时，输出信号频率为2.5GHz～5GHz；当分频比设置为8时，输出信号频率为1.25GHz～2.5GHz。宽带可变分频器6输出的宽带信号送宽带开关滤波器7进行滤波处理，将分频后产生的杂波分量滤除，进一步说，由于宽带可变分频器6的分频比为4种配置，分频器输出的信号为1.25GHz～2.5GHz、2.5GHz～5GHz、5GHz～10GHz和10GHz和20GHz共4段，频率覆盖了1.25GHz～20GHz。由于4段均是跨越了倍频程，低端频率的2次谐波在输出频率的带内或在频率高端附近，无法进行滤波处理，所以每一段都需要分2段进行低通滤波。在滤除了基波分量的同时，也滤除了分频后产生信号的谐波分量。
1.25GHz～20GHz超宽带信号产生，由于采用单锁相环路，并通过宽带可变分频技术来扩展输出信号的频率范围，相比较多次倍频和多路锁相的实现方式，本发明提出一种新型单环分频超宽带锁相频率合成方法，极大的简化了实现方案、减小了电路设备量、降低了成本，且更易于小型化的集成设计，本发明的技术优势明显。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，包括晶体振荡器(1)、锁相芯片(2)、环路滤波器(3)、压控振荡器(4)、宽带二功分器(5)，其特征在于，还包括宽带可变分频器(6)、宽带开关滤波器(7)；其中，晶体振荡器(1)的输出端与锁相芯片(2)的输入端相连；锁相芯片(2)的输出端与环路滤波器(3)的输入端相连；环路滤波器(3)的输出端与压控振荡器(4)的输入端相连；压控振荡器(4)的输出端与宽带二功分器(5)相连；宽带二功分器(5)输出两路信号，一路与锁相芯片(2)相连，另一路与宽带可变分频器(6)相连；宽带可变分频器(6)与宽带开关滤波器(7)相连；宽带开关滤波器(7)输出端为本新型单环路分频式超宽带锁相频率合成器的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述单环路分频式超宽带锁相频率合成器的合成方法包括：
晶体振荡器(1)输出的参考基准信号送往锁相芯片(2)作为参考基准信号，锁相芯片(2)将宽带二功分器(5)送过来的信号进行相应的分频处理，产生的信号与晶体振荡器(1)送入的参考基准信号进行鉴相，锁相芯片(2)将这两个信号间的相位差转化为电压值，送往环路滤波器(3)，环路滤波器(3)将其中的高频分量和噪声滤除，并将该直流分量送给压控振荡器(4)，压控振荡器(4)根据送入的电压值产生相应频率的信号，频率范围覆盖F1～F2，该信号经过宽带二功分器(5)分为幅度相等的两路信号，一路送锁相芯片(2)进行鉴相，另一路送宽带可变分频器(6)，根据控制信号改变分频比，输出不同频率信号送宽带开关滤波器(7)，分频比为N1时，输出信号的频率为F1/N1～F2/N1，分频比为N2时，输出信号的频率为F1/N2～F2/N2，以此类推，分频比为Nn时，输出信号的频率为F1/Nn～F2/Nn，根据控制信号,宽带开关滤波器(7)对接收到的信号进行低通滤波，滤除不需要的其他频率的杂波信号，输出信号即为单环路分频式超宽带锁相频率合成器的输出信号，频率覆盖范围为F1/Nn～F2/N1。
3.根据权利要求2所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述压控振荡器(4)产生的频率的信号覆盖范围为10GHz～20GHz，宽带可变分频比为1、2、4、8，输出频率覆盖范围为1.25GHz～20GHz。
4.根据权利要求1所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述晶体振荡器(1)采用的是频率为100MHz的低相位噪声恒温晶振。
5.根据权利要求1所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述锁相芯片(2)为电荷泵式数字锁相环器件，射频输入频率最高达20GHz，内部锁相芯片的最大鉴相频率为100MHz，归一化相位噪声为-230dBc/Hz，通过控制信号进行相应的参数配置。
6.根据权利要求1所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述环路滤波器(3)采用的是有源环路滤波器，环路带宽为200kHz。
7.根据权利要求1所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述压控振荡器(4)采用的是频率范围覆盖为10GHz～20GHz的宽带压控振荡器。
8.根据权利要求1所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述宽带二功分器(5)采用的是频率覆盖5GHz～30GHz的无源二功分器，将压控振荡器(4)输出的宽带信号分为两路，一路送给锁相芯片(2)进行射频反馈，另一路送给宽带可变分频器(6)进行可变分频。
9.根据权利要求1所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述宽带可变分频器(6)的工作频率覆盖DC～20GHz，分频比通过配置为1、2、4和8四种。
10.根据权利要求1所述的一种单环路分频式超宽带锁相频率合成器，其特征在于，所述宽带开关滤波器(7)的工作频率为1.25GHz～20GHz。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |