CN112087229B - 一种小型化低成本多路低相噪低杂散点频源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，包含：梳状谱发生电路，根据晶振信号生成高次谐波信号；C波段点频信号输出电路，其通过3级滤波根据高次谐波信号生成C波段点频信号，该波段谐波信号由功分器分为三路功分信号，第一路功分信号用于生成C波段点频信号；X波段点频信号输出电路，其通过4倍频和2级滤波，根据功分器的第二路功分信号生成Ku波段点频信号；Ku波段点频信号输出电路，其通过3倍频、2倍频、3级滤波，根据功分器的第三路功分信号生成Ku波段点频信号。本发明具备小型化、低成本、多路点频源、杂散小、相噪低等优点，可应用于小型化微波、毫米波频综***。

Description

一种小型化低成本多路低相噪低杂散点频源
技术领域
本发明涉及微波、毫米波电路设计技术领域，特别涉及一种小型化低成本多路低相噪低杂散点频源。
背景技术
电子***中对频综的要求越来越高，高频率、多频段、低相噪、低杂散等。而随着频率的提高，频率源的性能会有所下降，为了实现这些性能需求，频综***常会采用混频和倍频等技术，采用高频率点频源和低频率步进频源混频得到。PDRO(取样锁相频率源)作为点频源具有低相噪低杂散等优点，但其体积大、价格昂贵，可靠性不高等缺点仍限制了其使用范围。
现有技术中，授权专利CN106452434A“一种低噪声低功耗点频源的合成***”，公开日期2017年2月22日，介绍了一种取样鉴相锁相环的合成***，能够产生低噪声低功耗8GHz点频源。相比于本发明体积比较大，结构复杂，可靠性不高，只能输出单点点频信号，限制了其使用范围。授权专利CN207677710U，“一种超低相噪点频源的链路结构”，公开日期2018年07月31日，介绍了一种在锁相环路的反馈回路中***一个作用类似于“谐波混频器”的锁相结构，结合直接频率合成与数字频率合成方式的优点,提出一种混合频率合成方式，解决了用户对所需频率不是参考频率的整数倍的超低相位噪声的频率源的需求。相比于本发明其体积大，杂散性能低，稳定度差。
授权专利CN207968463U“超小型点频源”，公开日期2018年10月12日，介绍了一种以ADF4106芯片为核心的锁相环电路，压控振荡器采用分立元件组成，无源元器件均采用0201封装元件，通过合理布局，大大减少了点频源封装尺寸。相比于本发明，其点频输出频率不高，只能输出单点点频信号，相位噪声较差。
2015年11月，赖寒昱、杜勇等在《数字技术与应用》期刊上发表了论文“P波段点频源的设计与实现”，通过梳状谱发生器产生谐波信号，再利用小型化开关滤波器组对梳谱信号进行选频，实现了五路点频输出，相位噪声低，快捷变频。相比于本发明，体积大，频率不高，最高输出频率为1GHz。
上述现有技术中的专利或文献均从不同的方案实现点频源模块，然而以上各种方案都有缺点，且体积大，结构复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，能够同时生成X波段、C波段、Ku波段点频信号，且具有体积小、低相噪、低杂散的优点。
为了达到上述目的，本发明提供一种小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，包含：梳状谱发生电路、C波段点频信号输出电路、X波段点频信号输出电路、Ku波段点频信号输出电路；
所述梳状谱发生电路根据外部输入的激励信号生成该激励信号的高次谐波信号；
所述C波段点频信号输出电路的输入端连接所述梳状谱发生电路的输出端；C波段点频信号输出电路包含第一功分器；所述X波段点频信号输出电路的输入端、所述Ku波段点频信号输出电路的输入端分别连接所述第一功分器的输出端；
C波段点频信号输出电路根据所述高次谐波生成C波段谐波信号；第一功分器将所述C波段点频信号功分为三路功分信号，其中的第一路功分信号经过功率衰减后生成C波段点频信号；其中的第二路功分信号输入X波段点频信号输出电路，用于生成X波段点频信号；其中的第三路功分信号输入Ku波段点频信号输出电路，用于生成Ku波段点频信号。
优选的，所述梳状谱发生电路包括：放大匹配电路和阶跃二极管；所述放大匹配电路的输入端接所述激励信号，用于给阶跃管提供低噪声且功率稳定的信号；放大匹配电路的输出端接阶跃二极管的输入端，通过阶跃二极管生成所述高次谐波信号。
优选的，所述C波段点频信号输出电路包含依序连接的第一衰减器、第一带通滤波器、第一放大器、第二带通滤波器、第二放大器、第三带通滤波器、第一功分器、第二衰减器；所述第一衰减器的输入端连接所述阶跃二极管的输出端，第一带通滤波器的输入端连接第一衰减器的输出端；第二衰减器输入端连接第一功分器的第一输出端；其中，第一、第二衰减器和第一、第二放大器用于调整C波段信号功率。
优选的，所述第一、第二、第三带通滤波器的通带范围均为2.58GHz～2.62GHz，阻带抑制＜[email protected]，＜[email protected]。
优选的，所述X波段点频信号输出电路包含依序连接的第三衰减器、第一倍频器、第四衰减器、第四带通滤波器、第三放大器、第五带通滤波器、第五衰减器。所述第三衰减器的输入端连接第一功分器的第二输出端，第三衰减器的输出端连接第一倍频器的输入端；通过所述第五衰减器的输出端输出所述X波段点频信号；第三至第五衰减器、第三放大器用于调整X波段信号功率。
优选的，通过所述第一倍频器进行四倍频；所述第四、第五带通滤波器的带宽均为10.2GHz～10.8GHz，阻带抑制＜[email protected]，＜-62dBc@13GHz。
优选的，所述Ku波段点频信号输出电路包含依序连接的第六衰减器、第二倍频器、第七衰减器、第六带通滤波器、第四放大器、第八衰减器、第五放大器、第三倍频器、第七带通滤波器、第六放大器、第八带通滤波器、第九衰减器；所述第六衰减器的输入端连接第一功分器的第三输出端，第六衰减器的输出端连接第二倍频器的输入端；通过第九衰减器的输出端输出所述Ku波段点频信号；第六至第九衰减器、第四至第六放大器用于调整Ku波段信号功率。
优选的，通过所述第二倍频器进行三倍频，通过所述第三倍频器进行两倍频；所述第六带通滤波器的通带范围为7.7GHz～8.1GHz,阻带抑制＜[email protected]，＜[email protected]；所述第七、第八带通滤波器的通带范围均为15.3GHz～15.9GHz，阻带抑制＜-49dBc@13GHz，＜[email protected]。
优选的，所述激励信号为100MHz晶振信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明通过使用一路晶振信号作为参考输入信号，同时生成X波段、C波段、Ku波段的点频信号；
2)本发明的整体电路能够被集成到40mm×40mm×8mm的硅铝盒体中，具有体积小巧的优点；
3)本发明具有低相噪、低杂散的优点，具有很好的使用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源的电路示意图；
图2为本发明的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源的外部结构示意图；
图3为本发明的第四、第五带通滤波器的带宽与中心频点示意图；
图4为本发明的第六带通滤波器的带宽与中心频点示意图；
图5为本发明的第七、第八带通滤波器的带宽与中心频点示意图；
图中：1、梳状谱发生电路；11、放大匹配电路；12、阶跃二极管；
2、C波段点频信号输出电路；21、第一衰减器；22、第一带通滤波器；23、第一放大器；24、第二带通滤波器；25、第二放大器；26、第三带通滤波器；27、第一功分器；28、第二衰减器；
3、X波段点频信号输出电路；31、第三衰减器；32、第一倍频器；33、第四衰减器；34、第四带通滤波器；35、第三放大器；36、第五带通滤波器；37、第五衰减器；
4、Ku波段点频信号输出电路；401、第六衰减器；402、第二倍频器；403、第七衰减器；404、第六带通滤波器；405、第四放大器；406、第八衰减器；407、第五放大器；408、第三倍频器；409、第七带通滤波器；410、第六放大器；411、第八带通滤波器；412、第九衰减器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
C波段点频信号的频率范围为3.4GHz～4.7GHz，X波段点频信号的频率范围为8.4GHz～12.4GHz，Ku波段点频信号的频率范围为10GHz～12.7GHz。如图1所示，本发明提供一种小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，能够同时得到C波段、X波段、Ku波段点频信号。所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源包含：梳状谱发生电路1、C波段点频信号输出电路2、X波段点频信号输出电路3、Ku波段点频信号输出电路4。
所述梳状谱发生电路1根据外部输入的激励信号生成该激励信号的高次谐波信号；在本发明的实施例中，所述激励信号为100MHz晶振信号。所述梳状谱发生电路1包括：放大匹配电路11和阶跃二极管12；放大匹配电路输入端接所述晶振信号，用于给阶跃管提供低噪声且功率稳定的信号；放大匹配电路输出端接阶跃二极管输入端，通过阶跃二极管12生成所述晶振信号的C波段高次谐波信号。在本发明的实施例中，放大匹配电路11为NPN型三极管MRF581，阶跃二极管采用MP4023。
如图1所示，所述C波段点频信号输出电路2用于输出C波段点频信号，包含依序连接的第一衰减器21、第一带通滤波器22、第一放大器23、第二带通滤波器24、第二放大器25、第三带通滤波器26、第一功分器27、第二衰减器28。
其中，第一衰减器输入端连接阶跃二极管输出端，第一衰减器输出端连接第一带通滤波器输入端，第一带通滤波器输出端连接第一放大器输入端，第一放大器输出端连接第二带通滤波器输入端，第二带通滤波器输出端连接第二放大器输入端，第二放大器输出端连接第三带通滤波器输入端。在本发明的实施例中，第一、第二、第三带通滤波器选用天津诺思型号为RSFKf1X000B1的FBAR滤波器，其通带范围为2.58GHz～2.62GHz，阻带抑制＜[email protected]，＜[email protected](与C波段对应)，通过第一至第三带通滤波器的进行三次滤波后得到C波段谐波信号。所述FBAR滤波器的杂散抑制为40dBc，采用三级FBAR滤波器使得杂散抑制最大可达120dBc。第一放大器23选用的是中国电子科技集团公司第十三研究所放大器芯片NC1068C-2638,第二放大器25选用的是中国电子科技集团公司第十三研究所放大器芯片NC10252C-204。第一、第二衰减器和第一、第二放大器用于调整C波段信号功率。
进一步的，第三带通滤波器输出端连接第一功分器输入端。在本发明的实施例中第一功分器27选用的是中国电子科技集团公司第十三研究所功分器芯片NC6502-203。第一功分器27将所述C波段谐波信号功分为三路功分信号，分别为第一至第三路功分信号。第一路功分信号通过第一功分器27的第一输出端输入至第二衰减器28，并经过第二衰减器28进行功率衰减后生成C波段点频信号；第二路功分信号通过第一功分器27的第二输出端输入X波段点频信号输出电路3，用于生成X波段点频信号；第三路功分信号通过第一功分器27的第三输出端输入Ku波段点频信号输出电路4，用于生成Ku波段点频信号。其中，C波段点频信号输出电路2的总增益为35dB，输出功率为8dBm。
如图1所示，所述X波段点频信号输出电路3用于生成X波段点频信号，其包含依序连接的第三衰减器31、第一倍频器32、第四衰减器33、第四带通滤波器34、第三放大器35、第五带通滤波器36、第五衰减器37。
其中，第三衰减器输入端连接第一功分器27的第二输出端，接收所述第二路功分信号；第三衰减器输出端连接第一倍频器输入端；第四衰减器输入端连接第一倍频器输出端，第四带通滤波器输入端连接第四衰减器输出端，第三放大器输入端连接第四带通滤波器输出端，第五带通滤波器输入端连接第三放大器输出端，第五衰减器输入端连接第五带通滤波器输出端。第三至第五衰减器、第三放大器用于调整X波段信号功率。
第二路功分信号经过第三衰减器31后，通过第一倍频器32进行四倍频。四倍频后的第二路功分信号由第四带通滤波器34进行初次滤波，第四带通滤波器34滤波后的信号通过第三放大器35放大后再由第五带通滤波器36进行第二次滤波，第五带通滤波器36滤波后的信号通过第五衰减器37调节功率，最后得到X波段点频信号。由在本发明的实施例中，第一倍频器32选用的是中国电子科技集团公司第十三研究所倍频器芯片NC17702C-712。第四、第五带通滤波器采用自仿的陶瓷基板滤波器，其主要参数如图3所示，带通范围10.2GHz～10.8GHz，阻带抑制＜[email protected]，＜-62dBc@13GHz(与X波段对应)，中心频率为10.4GHz。通过第五衰减器输出端输出所述X波段点频信号。X波段点频信号输出电路3中的杂波主要是经过第一倍频器32后产生的多次谐波分量，通过第四、第五带通滤波器进行两级滤波，对四倍频后的谐波最大抑制可达118dBc。第三放大器35选用的是美国HITTITE的放大器芯片HMC564。
如图1所示，Ku波段点频信号输出电路4用于生成Ku波段点频信号，其包含依序连接的第六衰减器401、第二倍频器402、第七衰减器403、第六带通滤波器404、第四放大器405、第八衰减器406、第五放大器407、第三倍频器408、第七带通滤波器409、第六放大器410、第八带通滤波器411、第九衰减器412。
第六衰减器输入端连接第一功分器27的第三输出端，第二倍频器输入端连接第六衰减器输出端，第七衰减器输入端连接第二倍频器输出端，第六带通滤波器输入端连接第七衰减器输出端，第四放大器输入端连接第六带通滤波器输出端，第八衰减器输入端连接第四放大器输出端，第五放大器输入端连接第八衰减器输出端，第三倍频器输入端连接第五放大器输出端，第七带通滤波器输入端连接第三倍频器输出端，第六放大器输入端连接第七带通滤波器输出端,第八带通滤波器输入端连接第六放大器输出端,第九衰减器412输入端连接第八带通滤波器输出端。第六至第九衰减器、第四至第六放大器用于调整Ku波段信号功率。
其中，通过第二倍频器402进行三倍频，第二倍频器402选用的是梁式二极管MA4E2039搭建的非线性电路。通过第三倍频器408进行两倍频，第三倍频器408选用的是美国HITTITE的倍频器芯片HMC205。第四放大器405和第五放大器407选用的是美国UMS的放大器芯片CHA2063A-99F/00，第六放大器410选用的是美国HITTITE的放大器芯片HMC516。Ku波段点频信号输出电路4中，将第一功分器27输出的第三路功分信号(对应C波段)进行3倍频，然后放大滤波，再进行2倍频，然后再经过放大、滤波，输出得到Ku波段点频信号。Ku波段点频信号输出电路4中的杂波主要是经过第二、第三倍频器后产生的多次谐波分量。如图4所示，第六带通滤波器404的通带范围为7.7GHz～8.1GHz,对谐波分量抑制可达45dBc；如图5所示，所述第七、第八带通滤波器采用自仿的陶瓷基板滤波器，其通带范围均为15.3GHz～15.9GHz(与Ku波段对应)，中心频率为15.6GHz，对谐波分量抑制可达49dBc。
如图2所示，本发明的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源能够被集成到一个40mm×40mm×8mm硅铝盒体中，该硅铝盒的连线采用金丝键合工艺，硅铝盒的盖板通过烧结或激光封焊等手段密封。
与现有技术相比，本发明的点频源相位噪声为在晶振信号相位噪声基础上恶化20lg(倍频数)，与同频段PDRO相当，晶振的相噪为-148dBc/Hz@1kHz、-160dBc/Hz@5kHz，C波段信号相位噪声为≤-117dBc/Hz@1kHz，≤-130dBc/Hz@5kHz，X波段信号相位噪声为≤-105dBc/Hz@1kHz，≤-117dBc/Hz@5kHz，Ku波段信号相位噪声为≤-102dBc/Hz@1kHz，≤-114dBc/Hz@5kHz。
本发明的低成本多路低相噪低杂散点频源的杂波主要来源于梳状谱发生器、第一至第三倍频器的谐波，所述杂波可以通过第一至第八带通滤波器很好的滤除。测试本发明的点频源，近端杂散均不大于-90dBc，远端杂散均不大于-70dBc。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，包含：梳状谱发生电路、C波段点频信号输出电路、X波段点频信号输出电路、Ku波段点频信号输出电路；
所述梳状谱发生电路根据外部输入的激励信号生成该激励信号的高次谐波信号；
所述C波段点频信号输出电路的输入端连接所述梳状谱发生电路的输出端；C波段点频信号输出电路包含第一功分器；所述X波段点频信号输出电路的输入端、所述Ku波段点频信号输出电路的输入端分别连接所述第一功分器的输出端；
C波段点频信号输出电路根据所述高次谐波生成C波段点频信号；第一功分器将所述C波段点频信号功分为三路功分信号，其中的第一路功分信号经过功率衰减后生成C波段点频信号；其中的第二路功分信号输入X波段点频信号输出电路，用于生成X波段点频信号；其中的第三路功分信号输入Ku波段点频信号输出电路，用于生成Ku波段点频信号。
2.如权利要求1所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，所述梳状谱发生电路包括：放大匹配电路和阶跃二极管；所述放大匹配电路的输入端接所述激励信号，用于给阶跃管提供低噪声且功率稳定的信号；放大匹配电路的输出端接阶跃二极管的输入端，通过阶跃二极管生成所述高次谐波信号。
3.如权利要求2所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，所述C波段点频信号输出电路包含依序连接的第一衰减器、第一带通滤波器、第一放大器、第二带通滤波器、第二放大器、第三带通滤波器、第一功分器、第二衰减器；所述第一衰减器的输入端连接所述阶跃二极管的输出端，第一带通滤波器的输入端连接第一衰减器的输出端，第二衰减器输入端连接第一功分器的第一输出端；其中，第一、第二衰减器和第一、第二放大器用于调整C波段信号功率。
4.如权利要求3所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，所述第一、第二、第三带通滤波器的通带范围均为2.58GHz～2.62GHz，阻带抑制＜[email protected]，＜[email protected]。
5.如权利要求1所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，所述X波段点频信号输出电路包含依序连接的第三衰减器、第一倍频器、第四衰减器、第四带通滤波器、第三放大器、第五带通滤波器、第五衰减器；所述第三衰减器的输入端连接所述第一功分器的第二输出端，第三衰减器的输出端连接第一倍频器的输入端；通过所述第五衰减器的输出端输出所述X波段点频信号；第三至第五衰减器、第三放大器用于调整X波段信号功率。
6.如权利要求5所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，通过所述第一倍频器进行四倍频；所述第四、第五带通滤波器的带宽均为10.2GHz～10.8GHz，阻带抑制＜[email protected]，＜-62dBc@13GHz。
7.如权利要求1所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，所述Ku波段点频信号输出电路包含依序连接的第六衰减器、第二倍频器、第七衰减器、第六带通滤波器、第四放大器、第八衰减器、第五放大器、第三倍频器、第七带通滤波器、第六放大器、第八带通滤波器、第九衰减器；所述第六衰减器的输入端连接第一功分器的第三输出端，第六衰减器的输出端连接第二倍频器的输入端；通过第九衰减器的输出端输出所述Ku波段点频信号；第六至第九衰减器、第四至第六放大器用于调整Ku波段信号功率。
8.如权利要求7所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，通过所述第二倍频器进行三倍频，通过所述第三倍频器进行两倍频；所述第六带通滤波器的通带范围为7.7GHz～8.1GHz,阻带抑制＜[email protected]，＜[email protected]；所述第七、第八带通滤波器的通带范围均为15.3GHz～15.9GHz，阻带抑制＜-49dBc@13GHz，＜[email protected]。
9.如权利要求1所述的小型化低成本多路低相噪低杂散点频源，其特征在于，所述激励信号为100MHz晶振信号。
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