CN108512549A - 一种跳频频率合成器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种跳频频率合成器，包括腔体；所述腔体内设有信道单元，在腔体上设有盖板，腔体的两侧对外设置有电源及控制信号接口和射频信号输出接口；所述信道单元分别与电源及控制信号接口和射频信号输出接口连接；所述信道单元内设有放大模块Ⅲ、DDS模块、分频模块，放大模块Ⅲ内设有带通滤波器和限幅电路，DDS模块内设有DDS芯片，分频模块内设有分频器。本发明采用双层屏蔽结构，把每个模块镶嵌于腔体中并加装小盖板，然后再加装大盖板，形成双层屏蔽，这样在提高电磁屏蔽效能和各模块隔离度的同时，还提高了散热效果，有效解决了各模块印制板之间的散热问题。

Description

一种跳频频率合成器
技术领域
本发明涉及一种跳频频率合成器，属于无线通信跳频频率技术领域。
背景技术
频率合成器是跳频通信***中的关键核心部件技术之一，但频率合成器涉及多种频率，容易产生多种谐波，其频率转换时间、频率分辨力、频率范围以及输出杂散直接影响快速跳频通信***的抗干扰性能和***的稳定性、可靠性等，然而，频率合成器的锁定时间和其他的技术指标是相互制约的。
在现有技术中对频率合成器的杂散抑制能力提供了多种方法，如申请号为201510963419.1的中国专利公开的一种快速宽带跳频源模块的环路滤波装置，该装置通过增加开关电阻网络，钳位环路滤波器输出电压，并增大环路电流来实现杂散抑制性能、减小环路锁相时间和增加跳频源跳频速度，但在该专利中仍然存在着散热不良和杂散抑制不佳等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种跳频频率合成器，该跳频频率合成器提高了杂散抑制能力，保证了准确的频率精度、低的相位噪声和宽的频率范围。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种跳频频率合成器，包括腔体；所述腔体内设有信道单元，在腔体上设有盖板，腔体的两侧对外设置有电源及控制信号接口和射频信号输出接口；所述信道单元分别与电源及控制信号接口和射频信号输出接口连接；所述信道单元内设有放大模块Ⅲ、DDS模块、分频模块，放大模块Ⅲ内设有带通滤波器和整形电路，DDS模块内设有DDS芯片，分频模块内设有分频器；所述带通滤波器完成DDS输出正弦时钟波形滤波的功能，采用7阶椭圆滤波器；所述整形电路完成正弦时钟整形，输出方波信号功能。
所信道单元还包括接口模块、鉴相模块、放大模块Ⅱ、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块，接口模块、鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块依次镶嵌在腔体内；所述鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块均通过接口模块与电源及控制信号接口连接；所述鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块依次连接；所述鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块均与射频信号输出接口连接。
所述腔体和盖板均为双层屏蔽结构，形成双重电磁屏蔽腔体。
所述接口模块、鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块独立安装在双重电磁屏蔽腔体内。
所述接口模块用于完成与主机电源、控制信号交互及转接功能；所述鉴相模块用于完成反馈回路频率信号与参考时钟信号鉴相功能；所述放大模块Ⅲ用于完成DDS模块输出频率信号放大功能；所述DDS模块用于根据频率控制字产生频率信号功能；所述放大模块Ⅱ用于完成反馈频率分频后信号放大功能；所述分频模块用于完成反馈频率分频功能；所述VCO模块用于完成根据驱动电压产生所需频率信号功能；所述放大模块Ⅰ用于完成VCO模块输出频率信号的放大功能；所述输出模块用于完成本振频率滤波功能。
所述鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块之间通过射频信号依次连接；所述接口模块、鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块通过EMI穿心滤波器与射频信号输出接口连接。
所述接口模块、鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块设置在FRA材质的印制板上，印制板贴近腔体的一面不安装元器件。
所述印制板贴近腔体的一面涂覆有组焊层，并把印制板贴近腔体的一面的腔体接地。
所述鉴相模块、放大模块Ⅲ、DDS模块、放大模块Ⅱ、分频模块、VCO模块、放大模块Ⅰ、输出模块之间采用射频电缆依次连接，所述射频电缆均采用不带绝缘外护套的半刚性射频电缆。
所述鉴相模块内设有时钟源、鉴相器和环路滤波器，放大模块Ⅱ内设有放大器，VCO模块内设有压控振荡器，输出模块内设有输出滤波器。
本发明的有益效果在于：
1.采用双层屏蔽结构，把每个模块镶嵌于腔体中并加装小盖板，然后再加装大盖板，形成双层屏蔽，这样在提高电磁屏蔽效能和各模块隔离度的同时，还提高了散热效果，有效解决了各模块印制板之间的散热问题；
2.既满足快速跳频响应又保证较小的杂散、准确的频率精度、低的相位噪声和宽的频率范围；
3.各模块印制板对应的安装面的腔体大面积接地，增加模块印制板接地面积，有效解决模块及模块级联的电磁兼容性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作原理图；
图3是本发明DDS控制时序示意图；
图4是本发明带通滤波器的原理图；
图5是本发明整形电路的原理图；
图中：1-接口模块，2-鉴相模块，3-放大模块Ⅲ，4-DDS模块，5-放大模块Ⅱ，6-分频模块，7-VCO模块，8-放大模块Ⅰ，9-输出模块，10-电源及控制信号接口，11-射频信号输出接口，12-腔体，13-盖板。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种跳频频率合成器，包括腔体12；所述腔体12内设有信道单元，在腔体12上设有盖板13，腔体12的两侧对外设置有电源及控制信号接口10和射频信号输出接口11；所述信道单元分别与电源及控制信号接口10和射频信号输出接口11连接；所述信道单元内设有放大模块Ⅲ3、DDS模块4、分频模块6，放大模块Ⅲ3内设有带通滤波器(如图4所示)和整形电路(如图5所示)，所述带通滤波器和整形电路均可采用现有技术中的任意类型，所述整形电路中的OUT端与带通滤波器的OUT端连接，整形电路中的IN端与带通滤波器的IN端连接，DDS模块4内设有DDS芯片，分频模块6内设有分频器；所述DDS芯片的型号为AD9854ASQ。
所述带通滤波器完成DDS输出正弦时钟波形滤波的功能，采用7阶椭圆滤波器设计而成，与DDS模块4和整形电路3分别连接。
所述整形电路完成正弦时钟整形，输出方波信号功能，采用SM5009AL1芯片及***电容器组成，如图5所示。
所信道单元还包括接口模块1、鉴相模块2、放大模块Ⅱ5、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9，接口模块1、鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9依次镶嵌在腔体12内；所述鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9均通过接口模块1与电源及控制信号接口10连接；所述鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9依次连接；所述鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9均与射频信号输出接口11连接。
所述腔体12和盖板13均为双层屏蔽结构，有效提高跳频频率合成器杂散抑制能力，在提高电磁屏蔽效能和各模块隔离度的同时，还提高了散热效果，形成双重电磁屏蔽腔体。
所述接口模块1、鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9独立安装在双重电磁屏蔽腔体内。
所述接口模块1用于完成与主机电源、控制信号交互及转接功能；所述鉴相模块2用于完成反馈回路频率信号与参考时钟信号鉴相功能；所述放大模块Ⅲ3用于完成DDS模块4输出频率信号放大滤波整形功能；所述DDS模块4用于根据频率控制字产生频率信号功能；所述放大模块Ⅱ5用于完成反馈频率分频后信号放大功能；所述分频模块6用于完成反馈频率分频功能；所述VCO模块7用于完成根据驱动电压产生所需频率信号功能；所述放大模块Ⅰ8用于完成VCO模块7输出频率信号的放大功能；所述输出模块9用于完成本振频率滤波功能。
所述鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9之间通过射频信号依次连接；所述接口模块1、鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9通过超小型EMI穿心滤波器与射频信号输出接口11连接。
所述接口模块1、鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9设置在FRA材质的印制板上，印制板贴近腔体12的一面不安装元器件。
所述印制板贴近腔体12的一面涂覆有组焊层，各印制板上的发热元器件热量通过印制板阻焊层传递至腔体12安装面，再传递至信道单元，有效解决了各印制板的散热问题，并把印制板贴近腔体12的一面的腔体12接地，增加印制板接地面积，有效解的解决了模块及模块级联电磁兼容性。
所述鉴相模块2、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、放大模块Ⅱ5、分频模块6、VCO模块7、放大模块Ⅰ8、输出模块9之间采用射频电缆依次连接，所述射频电缆均采用不带绝缘外护套的半刚性射频电缆，确保射频电缆外屏蔽层与导电槽间充分接地，提高电磁兼容性。
所述鉴相模块2内设有时钟源、鉴相器和环路滤波器，放大模块Ⅱ5内设有放大器，VCO模块7内设有压控振荡器，输出模块9内设有输出滤波器。
进一步地，本发明的工作原理如下：
主机提供的电源及控制信号经过电源及控制信号接口10传输到接口模块1，通过接口模块1传输至鉴相模块2、放大模块Ⅰ8、放大模块Ⅱ5、放大模块Ⅲ3、DDS模块4、VCO模块7、分频模块6、输出模块9，然后各模块开始工作，如图2所示。主机根据图3所示的时序送出的频率控制信号经接口模块1传输至DDS模块4内的DDS芯片，DDS模块4内的DDS芯片产生相应的频率，经放大模块Ⅲ3放大、滤波、整形后送至鉴相模块2与参考时钟进行鉴相和滤波处理，鉴相的信号送至VCO模块7内的压控振荡器产生主机所需的本振频率，VCO模块7接收产生的本振频率并将其一分为二，一路经放大模块Ⅰ8放大送至输出模块9进行滤波处理后送至接收机或发射机，另一路作为反馈频率经分频模块6分频后经放大模块Ⅱ5放大后送至DDS模块。
综上所述，本发明提供了一种满足频率切换时间短、频率分辨力高、输出相位连续、相位噪声超低、频谱纯洁度超高、控制灵活方便的快速响应的跳频频率合成器，其频率合成技术采用了PLL(锁相环)+DDS直接数字合成技术，能适应快速跳频，满足抗干扰的要求，还能很快的锁定时间如几微秒到几十微秒，同时保证较小的杂散、准确的频率精度、低的相位噪声和宽的频率范围。

Claims (10)

1.一种跳频频率合成器，包括腔体(12)，其特征在于：所述腔体(12)内设有信道单元，在腔体(12)上设有盖板(13)，腔体(12)的两侧对外设置有电源及控制信号接口(10)和射频信号输出接口(11)；所述信道单元分别与电源及控制信号接口(10)和射频信号输出接口(11)连接；所述信道单元内设有放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、分频模块(6)，放大模块Ⅲ(3)内设有带通滤波器和整形电路；DDS模块(4)内设有DDS芯片，分频模块(6)内设有分频器；所述带通滤波器完成DDS输出正弦时钟波形滤波的功能，采用7阶椭圆滤波器；所述整形电路完成正弦时钟整形，输出方波信号功能。
2.如权利要求1所述的跳频频率合成器，其特征在于：所信道单元还包括接口模块(1)、鉴相模块(2)、放大模块Ⅱ(5)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)，接口模块(1)、鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)依次镶嵌在腔体(12)内；所述鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)均通过接口模块(1)与电源及控制信号接口(10)连接；所述鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)依次连接；所述鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)均与射频信号输出接口(11)连接。
3.如权利要求1所述的跳频频率合成器，其特征在于：所述腔体(12)和盖板(13)均为双层屏蔽结构，形成双重电磁屏蔽腔体。
4.如权利要求3所述的跳频频率合成器，其特征在于：所述接口模块(1)、鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)独立安装在双重电磁屏蔽腔体内。
5.如权利要求2所述的跳频频率合成器，其特征在于：所述接口模块(1)用于完成与主机电源、控制信号交互及转接功能；所述鉴相模块(2)用于完成反馈回路频率信号与参考时钟信号鉴相功能；所述放大模块Ⅲ(3)用于完成DDS模块(4)输出频率信号放大功能；所述DDS模块(4)用于根据频率控制字产生频率信号功能；所述放大模块Ⅱ(5)用于完成反馈频率分频后信号放大功能；所述分频模块(6)用于完成反馈频率分频功能；所述VCO模块(7)用于完成根据驱动电压产生所需频率信号功能；所述放大模块Ⅰ(8)用于完成VCO模块(7)输出频率信号的放大功能；所述输出模块(9)用于完成本振频率滤波功能。
6.如权利要求2所述的跳频频率合成器，其特征在于：所述鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)之间通过射频信号依次连接；所述接口模块(1)、鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)通过EMI穿心滤波器与射频信号输出接口(11)连接。
7.如权利要求2所述的跳频频率合成器，其特征在于：所述接口模块(1)、鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)设置在FRA材质的印制板上，印制板贴近腔体(12)的一面不安装元器件。
8.如权利要求7所述的跳频频率合成器，其特征在于：所述印制板贴近腔体(12)的一面涂覆有组焊层，并把印制板贴近腔体(12)的一面的腔体(12)接地。
9.如权利要求2所述的跳频频率合成器，其特征在于：所述鉴相模块(2)、放大模块Ⅲ(3)、DDS模块(4)、放大模块Ⅱ(5)、分频模块(6)、VCO模块(7)、放大模块Ⅰ(8)、输出模块(9)之间采用射频电缆依次连接，所述射频电缆均采用不带绝缘外护套的半刚性射频电缆。
10.如权利要求2所述的跳频频率合成器，其特征在于：所述鉴相模块(2)内设有时钟源、鉴相器和环路滤波器，放大模块Ⅱ(5)内设有放大器，VCO模块(7)内设有压控振荡器，输出模块(9)内设有输出滤波器。
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