CN112653459A - 一种可实时校准的射频信号源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实时校准的射频信号源，本发明的射频信号源由参考源电路、锁相环电路、滤波电路和控制电路构成；所述参考源电路用于为所述锁相环电路提供参考信号；所述锁相环电路采用集成VCO的宽带频率合成器构成闭环回路，生成频率信号；所述滤波电路通过分路实现所述频率信号的分段滤波，输出20M～6G信号；所述控制电路对所述滤波电路输出的20M～6G信号进行增益控制以及实时校准，输出所需的射频信号源。本发明的信号源采用集成VCO的宽带频率合成器替代传统的VCO，降低成本，同时优化杂散。

Description

一种可实时校准的射频信号源

技术领域

本发明属于射频信号源技术领域，具体涉及一种可实时校准的射频信号源。

背景技术

由于近年来通信行业技术水平在逐渐的发展，人们已经渐渐的进入了通信行业时代，射频信息技术逐渐的涵盖了越来越多的领域。通信技术已经为国防事业建设，航天事业发展以及其它民营企业通信发展做出重要贡献。在这个条件下为了通信技术发展射频信号源的作用是必不可少的仪器设备。射频信号源需求逐渐加大，而且对于射频信号源的质量要求也提升了。需要高效，便捷，实用的仪器。现在的射频信号源大多数由于体积过大，质量重使得在使用过程中不够灵活方便，占用空间大，移动和搬运不方便，使得射频信号源的使用效率低，不能充分发挥仪器作用。还有现在大多数射频信号源的功耗大，对于射频信号源的使用时间一般都是很长的，这就造成企业用电量。以及仪器本身的价格昂贵，增加了企业生产成本。有些射频信号源的使用频率范围小(只到3G)无法满足生产的使用。

发明内容

为了解决现有射频信号源体积大、功耗大或使用频率范围小的技术问题，本发明提供了一种可实时校准的射频信号源。本实施例的信号源的使用频率范围为20M-6000M，功率范围为-100dBm～15dBm。

本发明通过下述技术方案实现：

一种可实时校准的射频信号源，本发明的射频信号源由参考源电路、锁相环电路、滤波电路和控制电路构成；

所述参考源电路用于为所述锁相环电路提供参考信号；

所述锁相环电路采用集成VCO的宽带频率合成器构成闭环回路，生成频率信号；

所述滤波电路通过分路实现所述频率信号的分段滤波，输出20M～6G信号；

所述控制电路对所述滤波电路输出的20M～6G信号进行增益控制以及实时校准，输出所需的射频信号源。

优选的，本发明的参考源电路包括用于产生参考信号的晶振，所述晶振产生的信号经第一放大器放大后通过第一电阻衰减器后送入第一射频开关；

外部参考信号通过第二电阻衰减器后经过第一级滤波器送入第二放大器放大后输入到第一功分器，所述第一功分器的一路输出信号通过第二级滤波器送入所述第一射频开关，所述第一功分器的另一路输出信号输入到所述检波电路，由所述检波电路输出信号控制所述第一射频开关选择通过所述第一衰减器输出的信号或者所述第二级滤波器输出的信号；

通过所述第一射频开关的信号经过第三电阻衰减器后输入到第三放大器放大后输入到第二功分器，所述第二功分器的一路输出信号通过第四级滤波器输出到外部，作为参考输出；所述第二功分器的另一路输出信号经过第三级滤波器后供给所述锁相环作参考信号。

优选的，本发明的锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、集成VCO的宽带频率合成器、第四电阻衰减器和第四放大器；

所述鉴相器接收所述参考源电路输出的参考信号，输出电压经过所述环路滤波器后控制所述集成VCO的宽带频率合成器的VCO部分，所述集成VCO的宽带频率合成器的输出依次通过所述第四电阻衰减器和第四放大器后输入到所述鉴相器的反馈端，从而形成一个闭环回路，所述集成VCO的宽带频率合成器的输出同时送入所述滤波电路。

优选的，本发明的滤波电路包括第五放大器、分路滤波单元、第五电阻衰减器和第六放大器；

所述第五放大器将所述集成VCO的宽带频率合成器的输出信号放大，然后送入所述分路滤波单元进行分路滤波，之后依次经过所述第五电阻衰减器和所述第六放大器处理，输出到所述控制电路。

优选的，本发明的分路滤波单元包括单刀多掷开关A、单刀多掷开关B、单刀多掷开关C和单刀多掷开关D；

所述单刀多掷开关A和单刀多掷开关C之间并联设置多个滤波器；所述单刀多掷开关B和单刀多掷开关D之间并联设置多个滤波器；且所述单刀多掷开关A和单刀多掷开关B并联连接，所述单刀多掷开关C和单刀多掷开关D并联连接；

由所述第五放大器放大后的信号由所述单刀多掷开关A、单刀多掷开关B、单刀多掷开关C和单刀多掷开关D切换选择进入一个滤波器进行滤波处理。

优选的，本发明的单刀多掷开关A和单刀多掷开关C之间并联设置7个LFCN滤波器；所述单刀多掷开关B和单刀多掷开关D之间并联设置7个LC低通滤波器和1个LFCN滤波器。

优选的，本发明的控制电路包括增益控制模块和校准模块；

所述增益控制模块用于对所述滤波电路输出的信号进行增益控制并输出所需射频信号源；

所述校准模块对所述增益控制模块输出的信号源进行实时校准。

优选的，本发明的增益控制模块包括第一衰减器、第二衰减器、第二射频开关、第七放大器、第八放大器、第三射频开关；

所述第七放大器和第八放大器并联设置在所述第二射频开关和第四射频开关之间；

所述滤波电路输出的信号依次经过所述第一衰减器和第二衰减器处理后经所述第二射频开关分路将20M～3G信号和3G～6G信号分别通过第七放大器和第八放大器的控制后得到所需的信号功率通过所述第三射频开关输出。

优选的，本发明的第八放大器和第九放大器均采用可控增益放大器。

优选的，本发明的校准模块采用对数检波器实时检测所述增益控制模块输出的信号功率并将其发送给控制器；

所述控制器对接收的信号功率进行处理并输出相应的控制信号控制所述增益控制模块的参数，实现输出信号功率的实时校准。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、相较于传统的射频信号源使用的器件成本高，宽带范围的VCO(压控振荡器)成本高，本发明的信号源采用集成VCO的宽带频率合成器替代传统的VCO，降低成本，同时优化杂散。

2、本发明的信号源能够实现实时校准，能够提高信号源的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的频率合成器原理框图。

图2为本发明的控制原理框图。

图3为本发明的信号源装置正视图。

图4为本发明的信号源装置俯视图。

图5为本发明的信号源装置后视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

X1-射频输出接口，X2-电源开关，X3-电源插座，X4-网口，X5-USB接口，X6-参考输入接口，X7-参考输出接口。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

相较于现有的信号源存在体积大、信号质量较差、成本高等问题，本实施例提出了一种可实时校准的射频信号源。本实施例采用集成VCO(voltage-controlled oscillator，压控振荡器)的宽带频率合成器来替换传统的VCO实现射频信号源，能够降低成本，并优化杂散，提高信号源的质量。

本实施例的射频信号源主要由低杂散、低相位噪声频率合成器和控制电路构成。

其中，低杂散、低相位噪声频率合成器采用鉴相器锁定集成VCO的宽带频率合成器来实现，具体如图1所示，本实施例的频率合成器包括参考源电路、锁相环电路和滤波电路。

本实施例的控制模块采用对数检波器和AD转换器件实现实时校准功率，对数检波器具有绝佳的对数截距，通过把测试的射频信号反馈到对数检波器，对数检波器通过连接AD转换器，最后由AD转换器输出AD码值实现实时校准功率，提高信号源的质量。具体如图2所示，本实施例的控制电路包括增益控制模块、校准模块和控制器(图中未示出)。

本实施例，参考源电路用于为所述锁相环电路提供参考信号；锁相环电路采用集成VCO的宽带频率合成器构成闭环回路，生成频率信号；滤波电路通过分路实现频率信号的分段滤波，输出20M～6G信号；控制电路对滤波电路输出的20M～6G信号进行增益控制以及实时校准，输出所需的射频信号源。

具体如图1所示，本实施例的参考源电路包括用于产生参考信号的晶振VCXO、第一放大器、第一电阻衰减器ATT1、第一射频开关SPDT1、第二级滤波器、检波电路、第一功分器、第二放大器、第一级滤波器、第二电阻衰减器ATT2、第三电阻衰减器ATT3、第三放大器、第四级滤波器、第二功分器和第三级滤波器。

晶振产生的信号经第一放大器放大后通过第一电阻衰减器后送入第一射频开关；外部参考信号通过第二电阻衰减器后经过第一级滤波器送入第二放大器放大后输入到第一功分器，第一功分器的一路输出信号通过第二级滤波器送入第一射频开关，第一功分器的另一路输出信号输入到检波电路，由检波电路输出信号控制第一射频开关选择通过第一衰减器输出的信号或者第二级滤波器输出的信号；通过第一射频开关的信号经过第三电阻衰减器后输入到第三放大器放大后输入到第二功分器，第二功分器的一路输出信号通过第四级滤波器输出到外部，作为参考输出；第二功分器的另一路输出信号经过第三级滤波器后供给锁相环作参考信号。

本实施例的锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、集成VCO的宽带频率合成器、第四电阻衰减器ATT4和第四放大器。

鉴相器接收参考源电路输出的参考信号，输出电压经过环路滤波器后控制集成VCO的宽带频率合成器的VCO部分，集成VCO的宽带频率合成器的输出依次通过第四电阻衰减器和第四放大器后输入到鉴相器的反馈端，从而形成一个闭环回路，集成VCO的宽带频率合成器的输出同时送入滤波电路。

本实施例的滤波电路包括第五放大器、分路滤波单元、第五电阻衰减器ATT5和第六放大器。

第五放大器将集成VCO的宽带频率合成器的输出信号放大，然后送入分路滤波单元进行分路滤波，之后依次经过第五电阻衰减器和第六放大器处理，输出到控制电路。

本实施例通过并联单刀多掷开关实现更多通路选择，本实施例的分路滤波单元采用射频开关来实现多路滤波器分段滤波，具体的，本实施例的分路滤波单元包括单刀多掷开关A、单刀多掷开关B、单刀多掷开关C和单刀多掷开关D。本实施例中第五放大器放大后的信号由单刀多掷开关A、单刀多掷开关B、单刀多掷开关C和单刀多掷开关D切换选择进入一个滤波器进行滤波处理。

单刀多掷开关A和单刀多掷开关C之间并联设置7个LFCN滤波器；单刀多掷开关B和单刀多掷开关D之间并联设置7个LC低通滤波器(LPF)和1个LFCN滤波器；且单刀多掷开关A和单刀多掷开关B并联连接，单刀多掷开关C和单刀多掷开关D并联连接。即本实施例共采用8路LFCN低通滤波器，其中7路都是由单刀多掷开关A进行切换进入LFCN低通滤波器，然后送入到单刀多掷开关C，第8路LFCN滤波器与7路低通滤波器共同由单刀多掷开关B切换控制实现分段滤波，然后由单刀多掷开关D合路，之后馈入到单刀多掷开关C，输出到第五电阻衰减器和第六放大器进行处理，最后，输出信号(20M～6G)给控制模块。

本实施例的控制电路采用衰减器和可控增益放大器来实现输出信号的增益控制以获得所需的信号功率，本实施例的控制电路采用对数检波器实时检测输出信号功率，并进行实时校准，从而得到更加精准的信号功率。

具体如图2所示，本实施例的控制电路包括增益控制模块和校准模块。

本实施例的增益控制模块包括第一衰减器、第二衰减器、第二射频开关SPDT2、第七放大器、第八放大器、第三射频开关SPDT3。

第七放大器和第八放大器并联设置在第二射频开关和第四射频开关之间；

滤波电路输出的信号(20M～6G)依次经过第一衰减器和第二衰减器处理后经第二射频开关分20M～3G信号(低频)和3G～6G(高频)信号分别通过第七放大器和第八放大器的控制后得到所需的信号功率通过第三射频开关输出。

本实施例的第八放大器和第九放大器均采用可控增益放大器。

本实施例的校准模块包括第六电阻衰减器ATT6、第四射频开关SPTD4、第九放大器、第七电阻衰减器ATT7、第五射频开关SPDT5和对数检波器；

本实施例将增益控制模块输出的信号功率反馈给第六电阻衰减器处理后，由第四射频开关切换分别进入第九放大器和第七电阻衰减器进行处理，之后由第五射频开关输出至对数检波器。

对数检波器将检测到的信号发送给AD转换器，由AD转换器将接收到的信号转换为AD码值并将其发送给控制器(可以采用但不限于FPGA)，控制器根据AD码值的变化对增益控制模块中的参数进行实时控制，让增益控制模块最终输出的信号功率最大程度上达到理论上需要的功率。功率范围可达到-130dBm至15dBm。

本实施例获得AD码值的原理为：将受测的射频信号施加于对数检波器。该器件配置为所谓的“测量模式”。这种模式下，输出电压与输入信号电平呈线性dB关系(标称值为-24mV/dB)，典型输出电压范围为0.5V至2.1V。通过控制器控制寄存器可将AD转换器配置为单通道或双通道工作模式；对数检波器的输出直接连到AD转换器；该ADC使用自己的内部基准电压源，输入范围配置为0V至2.5V；当对数检波器提供标称值-24mV/dB的斜率时，数字分辨率为39.3LSB/dB；由于分辨率如此高，因此调整来自对数检波器的0.5V至2.1V信号。

在另外的优选实施例中，控制器自带温度监测，可以根据外界的温度变化控制信号的功率输出随时适合环境温度的改变，减少功率误差。

本实施例获得的射频信号源装置如图3-5所述，将射频信号源的电路模块均集成在箱体内，在箱体壁上布置有射频输出接口X1、电源开关X2、电源插座X3、网口X4、USB接口X5、参考输入接口X6和参考输出接口X7。

其中，射频输出接口X1和电源开关X2设置在箱体同一表面上，电源插座X3、网口X4、USB接口X5、参考输入接口X6和参考输出接口X7设置箱体另一表面上，且两表面相对。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，该射频信号源由参考源电路、锁相环电路、滤波电路和控制电路构成；

所述参考源电路用于为所述锁相环电路提供参考信号；

所述锁相环电路采用集成VCO的宽带频率合成器构成闭环回路，生成频率信号；

所述滤波电路通过分路实现所述频率信号的分段滤波，输出20M～6G信号；

所述控制电路对所述滤波电路输出的20M～6G信号进行增益控制以及实时校准，输出所需的射频信号源。

2.根据权利要求1所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述参考源电路包括用于产生参考信号的晶振，所述晶振产生的信号经第一放大器放大后通过第一电阻衰减器后送入第一射频开关；

外部参考信号通过第二电阻衰减器后经过第一级滤波器送入第二放大器放大后输入到第一功分器，所述第一功分器的一路输出信号通过第二级滤波器送入所述第一射频开关，所述第一功分器的另一路输出信号输入到所述检波电路，由所述检波电路输出信号控制所述第一射频开关选择通过所述第一衰减器输出的信号或者所述第二级滤波器输出的信号；

通过所述第一射频开关的信号经过第三电阻衰减器后输入到第三放大器放大后输入到第二功分器，所述第二功分器的一路输出信号通过第四级滤波器输出到外部，作为参考输出；所述第二功分器的另一路输出信号经过第三级滤波器后供给所述锁相环作参考信号。

3.根据权利要求1所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、集成VCO的宽带频率合成器、第四电阻衰减器和第四放大器；

所述鉴相器接收所述参考源电路输出的参考信号，输出电压经过所述环路滤波器后控制所述集成VCO的宽带频率合成器的VCO部分，所述集成VCO的宽带频率合成器的输出依次通过所述第四电阻衰减器和第四放大器后输入到所述鉴相器的反馈端，从而形成一个闭环回路，所述集成VCO的宽带频率合成器的输出同时送入所述滤波电路。

4.根据权利要求1所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述滤波电路包括第五放大器、分路滤波单元、第五电阻衰减器和第六放大器；

所述第五放大器将所述集成VCO的宽带频率合成器的输出信号放大，然后送入所述分路滤波单元进行分路滤波，之后依次经过所述第五电阻衰减器和所述第六放大器处理，输出到所述控制电路。

5.根据权利要求4所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述分路滤波单元包括单刀多掷开关A、单刀多掷开关B、单刀多掷开关C和单刀多掷开关D；

所述单刀多掷开关A和单刀多掷开关C之间并联设置多个滤波器；所述单刀多掷开关B和单刀多掷开关D之间并联设置多个滤波器；且所述单刀多掷开关A和单刀多掷开关B并联连接，所述单刀多掷开关C和单刀多掷开关D并联连接；

由所述第五放大器放大后的信号由所述单刀多掷开关A、单刀多掷开关B、单刀多掷开关C和单刀多掷开关D切换选择进入一个滤波器进行滤波处理。

6.根据权利要求5所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述单刀多掷开关A和单刀多掷开关C之间并联设置7个LFCN滤波器；所述单刀多掷开关B和单刀多掷开关D之间并联设置7个LC低通滤波器和1个LFCN滤波器。

7.根据权利要求1所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述控制电路包括增益控制模块和校准模块；

所述增益控制模块用于对所述滤波电路输出的信号进行增益控制并输出所需射频信号源；

所述校准模块对所述增益控制模块输出的信号源进行实时校准。

8.根据权利要求7所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述增益控制模块包括第一衰减器、第二衰减器、第二射频开关、第七放大器、第八放大器、第三射频开关；

所述第七放大器和第八放大器并联设置在所述第二射频开关和第四射频开关之间；

所述滤波电路输出的信号依次经过所述第一衰减器和第二衰减器处理后经所述第二射频开关分路将20M～3G信号和3G～6G信号分别通过第七放大器和第八放大器的控制后得到所需的信号功率通过所述第三射频开关输出。

9.根据权利要求8所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述第八放大器和第九放大器均采用可控增益放大器。

10.根据权利要求1所述的一种可实时校准的射频信号源，其特征在于，所述校准模块采用对数检波器实时检测所述增益控制模块输出的信号功率并将其发送给控制器；

所述控制器对接收的信号功率进行处理并输出相应的控制信号控制所述增益控制模块的参数，实现输出信号功率的实时校准。

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