CN109995366B - 一种x波段信号合成方法及x波段捷变频率合成器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X波段信号合成方法及实现这种X波段信号合成方法的X波段捷变频率合成器，所述X波段捷变频率合成器包括梳状谱信号发生器、功分器、声表面波滤波器组件、双重射频开关组件及混频滤波器组件。本发明通过选取L波段的一系列频点，并通过小型化的声表滤波器组件进行有效的滤波处理，有效的解决了传统直接频率合成方法体积大、功耗大等问题，也解决了经典锁相环频率合成的杂散差、相噪差、跳频时间长的问题，全面提升频率综合器的指标性能。
Description
技术领域
本发明涉及微波直接频率合成技术，尤其涉及一种X波段信号合成方法及X波段捷变频率合成器。
背景技术
根据IEEE 521-2002标准，X波段是指频率在8-12GHz的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波，X频段在空间应用方面有空间研究、广播卫星、固定通讯业务卫星、地球探测卫星、气象卫星等用途。
X波段的信号，通常采用频率合成的方式得到。频率合成是将具有高稳的参考基准信号(一般为几十兆赫兹到一两百兆赫兹)经过倍频、分频、混频等信号处理，进行数学上的加、减、乘、除运算产生所需要的目标频率信号的过程。频率合成器作为通信、导航、雷达、制导等民用和军用的多领域电子***的核心部件，合成的信号质量直接影响到电子***的性能。目前，频率合成方法主要有两种，即锁相频率合成法和直接频率合成法。锁相频率合成由于低成本、宽带宽、易于程控等特点而广泛应用于电子***中。但是锁相环也因具有相位噪声指标差、鉴相杂散泄露、频率切换时间慢等缺点而在较高要求的应用场合不能满足需要。而传统的直接频率合成法又具有设备体积大、功耗大等问题。
因此本发明公开了一种X波段信号合成方法及X波段捷变频率合成器，该频率合成器通过选取L波段的一系列频点，并通过小型化的声表滤波器组件进行有效的滤波处理，有效的解决了传统直接频率合成方法体积大、功耗大等问题，也解决了经典锁相环频率合成的杂散差、相噪差、跳频时间长的问题，全面提升频率综合器的指标性能。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，发明公开了一种X波段信号合成方法及X波段捷变频率合成器，该频率合成器通过选取L波段的一系列频点，并通过小型化的声表滤波器组件进行有效的滤波处理，有效的解决了传统直接频率合成方法体积大、功耗大等问题，也解决了经典锁相环频率合成的杂散差、相噪差、跳频时间长的问题，全面提升频率综合器的指标性能。
本发明采用了如下的技术方案：
一种X波段信号合成方法，包括如下步骤：
获取基准信号f0；
激励基准信号f0产生L波段的梳状谱信号，将梳状谱信号进行M路信号功分，每路功分信号的频率分别为N1f0，N2f0，N3f0，…，NMf0；
将M路功分信号进行滤波后，得到M路点频信号，每路点频信号的频率分别为f1，f2，f3，…，fM；
将频率为fa的点频信号进行两路功分得到两路相同频率的信号fa-1和fa-2，1≤a≤M；
将信号fa-1和剩余的点频信号进行射频信号的功分开关和合路处理，得到两路频率可切换的信号f(1～M)-1和f(1～M)-2，信号f(1～M)-1和f(1～M)-2均可以实现f1,f2,…fM中的任意频率切换；
将信号f(1～M)-1进行K分频后与信号f(1～M)-2进行第一次混频滤波放大处理得到S波段宽带信号fS；
将信号fa-2进行倍频滤波放大处理后作为本振信号与fS进行混频得到X波段捷变频率信号fX。
优选的，3≤M≤8。
一种X波段捷变频率合成器，所述X波段捷变频率合成器用于实现如权利要求1或2所述的X波段信号合成方法，包括梳状谱信号发生器、功分器、声表面波滤波器组件、双重射频开关组件及混频滤波器组件，其中：
梳状谱信号发生器用于激励基准信号f0产生L波段的梳状谱信号；
功分器用于将梳状谱信号进行M路信号功分；
将M路功分信号进行滤波后，得到M路点频信号；
双重射频开关组件用于将信号fa-1和剩余的点频信号进行射频信号的功分开关和合路处理，得到两路频率可切换的信号f(1～M)-1和f(1～M)-2；
混频滤波器组件用于将信号fa-2进行倍频滤波放大处理后作为本振信号与fS进行混频得到X波段捷变频率信号fX。
优选的，所述声表面波滤波器组件中的每个通道包括了三个级联的声表面波滤波器。
优选的，双重射频开关组件与声表面波滤波器组件通道数相同。
优选的，梳状谱信号发生器、功分器、声表面波滤波器组件、双重射频开关组件及混频滤波器组件的输入及输出阻抗均为50欧姆匹配阻抗。
综上所述，本发明具有的有益效果如下：
1、本发明选用滤波初始频率为L波段，每个通道设计三支声表滤波器串联，杂散抑制可以到达85dBc，若选用其他频段如S波段、C波段或X波段信号滤波需采用LC滤波器、介质滤波器或腔体滤波器实现，要达到相同杂散抑制指标(85dBc)，空间体积相比于本设计要大3～4倍。因此，本方案采用声表滤波器组件的方式极大的缩小了直接频率合成器的体积。
2、本发明选取的混频本振信号为声表滤波器组件输出信号二功分然后四倍频得到，可以节省单独产生本振信号需要的滤波体积和功耗；选用与滤波器组件相同通道数的双重开关滤波器组件，在结构设计上二者设计为无缝对接，进一步节省空间和功耗。
3、本发明设计的X波段捷变频率合成器的杂散抑制优于85dBc，频率合成器的跳频时间小于五十纳秒；相比于传统的锁相频率合成器的跳频时间几十微秒至几百微秒和传统DDS直接频率合成器的跳频时间一两微秒具有更快的跳频优势。
附图说明
为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步的详细描述，其中：
图1所示为本发明公开的的X波段捷变频率合成器的原理框图；
图2所示为本发明中梳谱发生器及功分网络方案框图；
图3所示为本发明中声表滤波器组件方案框图；
图4所示为本发明中双重射频开关组件方案框图；
图5所示为本发明中混频滤波组件方案框图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步的详细说明。
本发明公开了一种X波段信号合成方法，包括如下步骤：
获取基准信号f0；
激励基准信号f0产生L波段(频率范围1～2GHz)的梳状谱信号，将梳状谱信号进行M路信号功分，每路功分信号的频率分别为N1f0，N2f0，N3f0，...，NMf0；
将M路功分信号进行滤波后，得到M路点频信号，每路点频信号的频率分别为f1，f2，f3，…，fM；
将频率为fa的点频信号进行两路功分得到两路相同频率的信号fa-1和fa-2，1≤a≤M；
fa的选取由最终需要输出的X波段捷变信号频率决定，
式中D为fa的倍频数，亦可通过改变fa频率选择来实现X波段输出信号频率的拓展。
将信号fa-1和剩余的点频信号进行射频信号的功分开关和合路处理，得到两路频率可切换的信号f(1～M)-1和f(1～M)-2，信号f(1～M)-1和f(1～M)-2均可以实现f1,f2,…fM中的任意频率切换；
频率切换通过射频开关通道的切换实现，切换时间达到纳秒级。
将信号f(1～M)-1进行K分频后与信号f(1～M)-2进行第一次混频滤波放大处理得到S波段宽带信号fS；
信号fS的带宽范围由参考信号频率f0和M路功分数目共同决定，跳频步进由参考信号频率f0和分频数K共同决定，在输入参考信号f0不变的情况下，通过改变M和K值，可以实现X波段不同频段和不同跳频步进的定制设计。
将信号fa-2进行倍频滤波放大处理后作为本振信号与fS进行混频得到X波段捷变频率信号fX。
具体实施时，3≤M≤8。
M取值太小会导致频率合成器的频点数较少，应用范围受到限制；M取值过大会导致功分网络中功分器级数过多，影响频率合成器的性能。
如图1所示至图5所示，本发明公开了一种X波段捷变频率合成器，所述X波段捷变频率合成器用于实现如权利要求1或2所述的X波段信号合成方法，包括梳状谱信号发生器、功分器(功分网络)、声表面波滤波器组件、双重射频开关组件及混频滤波器组件，其中：
梳状谱信号发生器用于激励基准信号f0产生L波段的梳状谱信号；
功分器用于将梳状谱信号进行M路信号功分；
将M路功分信号进行滤波后，得到M路点频信号；
双重射频开关组件用于将信号fa-1和剩余的点频信号进行射频信号的功分开关和合路处理，得到两路频率可切换的信号f(1～M)-1和f(1～M)-2；
混频滤波器组件用于将信号fa-2进行倍频滤波放大处理后作为本振信号与fS进行混频得到X波段捷变频率信号fX。
fX输出信号频率具有低相噪、高杂散抑制和纳秒级频率捷变的特点，而整个X波段捷变频率合成器具有小型化的优势。
在本发明中，梳状谱信号发生器采用阶跃二极管激励产生低相噪的梳状谱信号；
功分器(功分网络)采用多级一分二功分器级联和并联实现一路到多路的功分；
声表滤波器组件采用三级声表滤波器级联，多通道并联的一体化设计方式实现小型化；
双重射频开关组件将每路输入信号进行二功分，然后采用PIN管芯设计射频开关合路最终输出两路频率可切换的宽带频率信号；
混频滤波器组件主要实现两次混频和滤波放大，第一级混频后采用LC滤波器实现滤波处理，第二级混频后采用微带滤波器实现滤波处理。
以上各个部分实现小型化、模块化设计后可以实现整个频率合成器的小型化。
具体实施时，所述声表面波滤波器组件中的每个通道包括了三个级联的声表面波滤波器。
采用这种结构，每一级声表滤波器的杂散抑制约为30dBc，三级级联可保证最终输出信号杂散抑制优于85dBc。
具体实施时，双重射频开关组件与声表面波滤波器组件通道数相同。
采用相同通道的声表面波滤波器组件和双重射频开关组件模块化的设计，二者可以无缝对接实现频率综合器总体设计的小型化。
具体实施时，梳状谱信号发生器、功分器、声表面波滤波器组件、双重射频开关组件及混频滤波器组件的输入及输出阻抗均为50欧姆匹配阻抗。
各个模块输入输出阻抗均为50欧姆匹配阻抗，最终输出信号的杂散抑制优于85dBc。
如果出现阻抗不匹配，会影响声表滤波器组件的滤波效果，最终导致杂散达不到最优值，因此，均采用阻抗均为50欧姆匹配阻抗。
下面以输出频率为9.6～10.2GHz，频率步进为50MHz的捷变频率源为例进行说明。
采用基准100MHz参考信号作为梳谱发生器的参考输入，经过梳谱发生器激励起N*100MHz的谐波信号，功分网络将该信号功分为5路。
采用五通道声表滤波器组件接收产生的5路信号，通过该声表滤波器组件分别滤出1.6GHz，1.7GHz，1.8GHz，1.9GHz和2.0GHz五个点频信号，每个通道设计有三支声表滤波器级联，实现的杂散抑制优于85dBc，另外将1.8GHz点频信号功分为两路。
将声表滤波器组输出的五路信号输入双重五选一射频开关组件，通过开关组件后输出两路信号，每路信号可以通过开关进行切换以上五个任一频点。
将开关组件输出的两路1.6～2GHz信号中的一路用于除二分频至800MHz～1000MHz，频率步进为50MHz，然后与另一路信号进行第一级混频滤波处理。二者混频滤波后输出2.4GHz～3GHz的S波段的低相噪捷变频信号，跳频步进50MHz，跳频时间50ns。随后，将步骤二中滤波选出的1.8GHz另一路功分信号四倍频至7.2GHz作为本振信号，与第一级混频产生的2.4～3GHz信号进行第二次混频，最终输出频率9.6～10.2GHz，频率步进50MHz的跳频信号，该频率合成器输出信号的相位噪声达指标优于-113dBc/Hz@1kHz，杂散指标优于85dBc，跳频时间小于50ns，频率合成器的总体积为100mm×100mm×18mm，是一种高性能的X波段捷变频率合成器。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管通过参照本申请的优选实施例已经对本申请进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本申请的精神和范围。
Claims (6)
1.一种X波段信号合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取基准信号f0；
激励基准信号f0产生L波段的梳状谱信号，将梳状谱信号进行M路信号功分，每路功分信号的频率分别为N1f0，N2f0，N3f0，…，NMf0；
将M路功分信号进行滤波后，得到M路点频信号，每路点频信号的频率分别为f1，f2，f3，…，fM；
将频率为fa的点频信号进行两路功分得到两路相同频率的信号fa-1和fa-2，1≤a≤M；
将信号fa-1和剩余的点频信号进行射频信号的功分开关和合路处理，得到两路频率可切换的信号f(1～M)-1和f(1～M)-2，信号f(1～M)-1和f(1～M)-2均可以实现f1,f2,…fM中的任意频率切换；
将信号f(1～M)-1进行K分频后与信号f(1～M)-2进行第一次混频滤波放大处理得到S波段宽带信号fS；
将信号fa-2进行倍频滤波放大处理后作为本振信号与fS进行混频得到X波段捷变频率信号fX。
2.如权利要求1所述的X波段信号合成方法，其特征在于，3≤M≤8。
3.一种X波段捷变频率合成器，其特征在于，所述X波段捷变频率合成器用于实现如权利要求1或2所述的X波段信号合成方法，包括梳状谱信号发生器、功分器、声表面波滤波器组件、双重射频开关组件及混频滤波器组件，其中：
梳状谱信号发生器用于激励基准信号f0产生L波段的梳状谱信号；
功分器用于将梳状谱信号进行M路信号功分；
将M路功分信号进行滤波后，得到M路点频信号；
双重射频开关组件用于将信号fa-1和剩余的点频信号进行射频信号的功分开关和合路处理，得到两路频率可切换的信号f(1～M)-1和f(1～M)-2；
混频滤波器组件用于将信号fa-2进行倍频滤波放大处理后作为本振信号与fS进行混频得到X波段捷变频率信号fX。
4.如权利要求3所述的X波段捷变频率合成器，其特征在于，所述声表面波滤波器组件中的每个通道包括了三个级联的声表面波滤波器。
5.如权利要求3所述的X波段捷变频率合成器，其特征在于，双重射频开关组件与声表面波滤波器组件通道数相同。
6.如权利要求3所述的X波段捷变频率合成器，其特征在于，梳状谱信号发生器、功分器、声表面波滤波器组件、双重射频开关组件及混频滤波器组件的输入及输出阻抗均为50欧姆匹配阻抗。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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