CN208337546U - 航天测控Ka频段小步进低相噪频率综合器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种航天测控Ka频段小步进低相噪频率综合器，它涉及航天测控领域射频信道中的频率综合器装置。它由参考分路单元、DDS参考单元、DDS单元、大步进环单元、混频环单元和监控单元等部分组成。它利用DDS与多环锁相结合的频率合成技术，通过DDS输出小步进信号，通过整数分频锁相环输出大步进信号，然后在通过混频环+倍频实现最终的输出频率。本实用新型具有频率步进小、相位噪声低和杂散信号小等特点，同时还具有性能稳定可靠、操作简便和体积重量小等特点，特别适用于信号质量要求较高的深空测控***中作频率综合器装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种航天测控Ka频段小步进低相噪频率综合器，特别适用于在对信号质量要求较高的深空测控***中作频率综合器装置。
背景技术
目前，随着航天测控尤其深空探测领域工作频段逐渐向Ka频段拓展，信道链路中急需研制一款Ka频段小步进低相噪频率综合器，主要的技术特点和难点是在Ka频段实现超低相噪和超小频率步进。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述背景技术中工程需要提供一种输出在Ka频段，具备超低相位噪声和超小频率步进的频率综合器，本实用新型还具有性能稳定可靠、操作简便和体积重量小等特点。
本实用新型是这样实现的：一种航天测控Ka频段小步进频率综合器，它包括参考分路单元101、DDS参考单元102、DDS单元103、大步进环单元104、混频环单元105、倍频单元106和监控单元107。
所述的参考分路单元101的信号输入端口接收外界送来的参考信号，两个分路信号输出端口分别与DDS参考单元102和大步进环单元104的信号输入端口一一对应连接；DDS参考单元102的采样信号输出端口与DDS单元103的采样信号输入端口连接；DDS单元103的L频段信号输出端口与混频环单元105的L频段信号输入端口连接；大步进环单元104的C频段信号输出端口与混频环单元105的C频段信号输入端口连接；混频环单元105的Ku频段信号输出端口与倍频单元106的Ku频段信号输入端口连接；倍频单元106的Ka频段信号输出端口与外部相连；监控单元107的电源与监控信息出入端口与外部相连；各单元的电源与监控信息出入端口分别与DDS参考单元102、DDS单元103、大步进环单元104和混频环单元105一一对应连接，电源输出端口与倍频单元106的电源输入端口连接。
其中，所述的DDS参考单元102包括第一鉴相器210、第一环路滤波器211、第一压控振荡器212和第一监控单元213；其中第一鉴相器210的信号输入端口与参考分路单元101的信号输出端口连接，压控信号输出端口与第一环路滤波器211的压控信号输入端口连接；第一环路滤波器211的压控信号输出端口与第一压控振荡器212的压控信号输入端口连接；第一压控振荡器212的采样信号输出端口与DDS单元103的采样信号输入端口连接，反馈信号输出端口与第一鉴相器210的反馈信号输入端口连接；第一监控单元213的电源与监控信息出入端口分别与监控单元107和第一鉴相器210连接，电源输出端口分别与第一环路滤波器211和第一压控振荡器212的电源输入端口连接。
其中，所述的大步进环单元104包括第二鉴相器314、第二环路滤波器315、第二压控振荡器316和第二监控单元317；其中第二鉴相器314的信号输入端口与参考分路单元101的信号输出端口连接，压控信号输出端口与第二环路滤波器315的压控信号输入端口连接；第二环路滤波器315的压控信号输出端口与第二压控振荡器316的压控信号输入端口连接；第二压控振荡器316的C频段信号输出端口与混频环单元105的C频段信号输入端口连接，反馈信号输出端口与第二鉴相器314的反馈信号输入端口连接；第二监控单元317的电源与监控信息出入端口分别与监控单元107和第二鉴相器314连接，电源输出端口分别与第二环路滤波器315和第二压控振荡器316的电源输入端口连接。
其中，所述的混频环单元105包括第三鉴相器418、第三环路滤波器419、第三压控振荡器420、混频器421和第三监控单元422；其中第三鉴相器418的L频段信号输入端口与DDS单元103的L频段信号输出端口连接，压控信号输出端口与第三环路滤波器419的压控信号输入端口连接；第三环路滤波器419的压控信号输出端口与第三压控振荡器420的压控信号输入端口连接；第三压控振荡器420的Ku频段信号输出端口与倍频单元106的Ku频段信号输入端口连接，反馈信号输出端口与混频器421的反馈信号输入端口连接；混频器421的C频段信号输入端口与大步进环单元104的C频段信号输出端口连接，混频信号输出端口与第三鉴相器418的混频信号输入端口连接；第三监控单元422的电源与监控信息出入端口分别与监控单元107和第三鉴相器418连接，电源输出端口分别与第三环路滤波器419和第三压控振荡器420的电源输入端口连接。
本实用新型与背景技术相比有如下优点：
1.本实用新型工作在Ka频段，带宽达到2GHz；
2.本实用新型利用DDS实现小步进，频率步进可达到5Hz；
3.本实用新型利用DDS加多环锁相方案实现超低相噪，相噪指标可以达到-91dBc/Hz@1kHz；
4.本实用新型具有体积重量小、结构紧凑、操作简便、性能稳定可靠等优点。
附图说明
图1是本实用新型的电原理方框图。
图2是本实用新型DDS参考单元102的电原理图。
图3是本实用新型大步进环单元104的电原理图。
图4是本实用新型混频环单元105的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图4。本实用新型由参考分路单元101、DDS参考单元102、DDS单元103、大步进环单元104、混频环单元105、倍频单元106和监控单元107组成。图1是本实用新型的原理方框图，实施例按图1连接线路。
参考分路单元101负责将外部输入的参考信号A进行分路放大处理，分成两路分别提供给DDS参考单元102和大步进环单元104；实施例参考分路单元101中的分路器采用市售ADP-2-1W+实现。
DDS参考单元102由整数分频锁相环实现，将输入的参考信号锁相倍频产生DDS单元103所需的采样信号。DDS参考单元102包括第一鉴相器210、第一环路滤波器211、第一压控振荡器212和第一监控单元213。图2是本实用新型DDS参考单元102电原理图，实施例按图2连接线路。第一鉴相器210的信号输入端口与参考分路单元101的信号输出端口连接，压控信号输出端口与第一环路滤波器211的压控信号输入端口连接；第一环路滤波器211的压控信号输出端口与第一压控振荡器212的压控信号输入端口连接；第一压控振荡器212的采样信号输出端口与DDS单元103的采样信号输入端口连接，反馈信号输出端口与第一鉴相器210的反馈信号输入端口连接；第一监控单元213的电源与监控信息出入端口分别与监控单元107和第一鉴相器210连接，电源输出端口分别与第一环路滤波器211和第一压控振荡器212的电源输入端口连接。其中，第一鉴相器210采用市售集成电路HMC704制作；第一环路滤波器211采用有源环路滤波器形式，运放采用市售集成电路AD797制作；第一压控振荡器212采用市售集成电路HMC389制作。
DDS单元103将DDS参考单元102输出的信号经DDS芯片采样处理产生小步进射频信号，从而实现整个模块的小步进指标。主用芯片为AD公司的AD9914DDS芯片，此芯片最大输入时钟可以达到3.5GHz，最大输出频率在1GHz以上，具有32位频率控制字，DAC位数为12位，此芯片功能强大，具有相位和幅度调制能力、可以串行或并行控制、具有多种功能模式、具备多种方式的扫频功能，具有低的相位噪声和低杂散特性。
大步进环单元104由整数分频锁相环实现，将输入的参考信号锁相倍频产生混频环单元105所需的混频器本振信号。大步进环单元104包括第二鉴相器314、第二环路滤波器315、第二压控振荡器316和第二监控单元317。图3是本实用新型大步进环单元104的电原理图，实施例按图3连接线路。第二鉴相器314的信号输入端口与参考分路单元101的信号输出端口连接，压控信号输出端口与第二环路滤波器315的压控信号输入端口连接；第二环路滤波器315的压控信号输出端口与第二压控振荡器316的压控信号输入端口连接；第二压控振荡器316的C频段信号输出端口与混频环单元105的C频段信号输入端口连接，反馈信号输出端口与第二鉴相器314的反馈信号输入端口连接；第二监控单元317的电源与监控信息出入端口分别与监控单元107和第二鉴相器314连接，电源输出端口分别与第二环路滤波器315和第二压控振荡器316的电源输入端口连接。其中，第二鉴相器314采用市售集成电路HMC704制作；第二环路滤波器315采用有源环路滤波器形式，运放采用市售集成电路AD797制作；第二压控振荡器316采用市售集成电路HMC507制作。
混频环单元105包括第三鉴相器418、第三环路滤波器419、第三压控振荡器420、混频器421和第三监控单元422。混频环单元105由无分频锁相环实现，将第三压控振荡器420输出的信号经二分频后与大步进环单元104输入的信号同时送混频器421进行下变频，下变频产生的信号与DDS单元103输入的信号同时送第三鉴相器418进行鉴相。图4是本实用新型混频环单元105的电原理图，实施例按图4连接线路。第三鉴相器418的L频段信号输入端口与DDS单元103的L频段信号输出端口连接，压控信号输出端口与第三环路滤波器419的压控信号输入端口连接；第三环路滤波器419的压控信号输出端口与第三压控振荡器420的压控信号输入端口连接；第三压控振荡器420的Ku频段信号输出端口与倍频单元106的Ku频段信号输入端口连接，反馈信号输出端口与混频器421的反馈信号输入端口连接；混频器421的C频段信号输入端口与大步进环单元104的C频段信号输出端口连接，混频信号输出端口与第三鉴相器418的混频信号输入端口连接；第三监控单元422的电源与监控信息出入端口分别与监控单元107和第三鉴相器418连接，电源输出端口分别与第三环路滤波器419和第三压控振荡器420的电源输入端口连接。其中，第三鉴相器418采用市售集成电路HMC439制作；第三环路滤波器419采用有源环路滤波器形式，运放采用市售集成电路AD797制作；第三压控振荡器420采用市售集成电路HMC736和HMC737制作；混频器421采用市售集成电路HMC168制作。
倍频单元106将混频环单元105输出的信号进行二倍频，产生最终的Ka频段小步进频率。主用芯片为Hittite公司的一款贴装放大倍频芯片HMC577，具有相噪低、体积小、输出功率高等特点，内部集成2倍频器、放大器和隔直电容，采用GaAs工艺设计。
监控单元107负责其他电路单元的供电以及监控，还负责与外部进行RS-422串口通信。各种监控功能通过单片机来完成，选用单片机为ATMEL系列的ATmega-128L-8AU，此单片机功能强大，性能稳定可靠，具有128K字节的可编程Flash，两个可编程的串行USART和53个可编程的I/O口。串口转换芯片选用MAX3490EESA+制作。
本实用新型简要工作原理如下：参考分路单元101负责将外部输入的100MHz参考信号进行分路处理，分成两路分别提供给DDS参考单元102和大步进环单元104；DDS参考单元102由整数分频锁相环实现，将输入的100MHz参考信号锁相倍频产生固定点频信号提供给DDS单元103；DDS单元103接收此时钟信号产生L频段，步进2.5Hz的信号，然后将此信号提供给混频环单元105；大步进环单元104由整数分频锁相环实现，将输入的100MHz参考信号经锁相倍频产生C频段，步进200MHz的信号提供给混频环单元105；混频环单元105接收DDS单元103和大步进环单元104的信号，并通过自身的VCO产生Ku频段，步进5Hz的信号，然后将此信号提供给倍频单元106；倍频单元106将接收到的信号倍频放大处理后产生Ka频段，步进10Hz的输出信号；监控单元107负责接收外界提供的+15V直流电源和RS-422串口信号，通过内部的稳压电路产生其他单元的各直流电源，通过内部的单片机产生其他单元所需的各控制信号。
Claims (4)
1.一种航天测控Ka频段小步进低相噪频率综合器，包括参考分路单元(101)、DDS单元(103)、倍频单元(106)和监控单元(107)；其特征在于还包括：DDS参考单元(102)、大步进环单元(104)和混频环单元(105)；
所述的参考分路单元(101)的信号输入端口接收外界送来的参考信号，两个分路信号输出端口分别与DDS参考单元(102)和大步进环单元(104)的信号输入端口一一对应连接；DDS参考单元(102)的采样信号输出端口与DDS单元(103)的采样信号输入端口连接；DDS单元(103)的L频段信号输出端口与混频环单元(105)的L频段信号输入端口连接；大步进环单元(104)的C频段信号输出端口与混频环单元(105)的C频段信号输入端口连接；混频环单元(105)的Ku频段信号输出端口与倍频单元(106)的Ku频段信号输入端口连接；倍频单元(106)的Ka频段信号输出端口与外部相连；监控单元(107)的电源与监控信息出入端口与外部相连；各单元的电源与监控信息出入端口分别与DDS参考单元(102)、DDS单元(103)、大步进环单元(104)和混频环单元(105)一一对应连接，电源输出端口与倍频单元(106)的电源输入端口连接。
2.根据权利要求1所述的航天测控Ka频段小步进低相噪频率综合器，其特征在于：所述的DDS参考单元(102)包括第一鉴相器(210)、第一环路滤波器(211)、第一压控振荡器(212)和第一监控单元(213)；其中第一鉴相器(210)的信号输入端口与参考分路单元(101)的信号输出端口连接，压控信号输出端口与第一环路滤波器(211)的压控信号输入端口连接；第一环路滤波器(211)的压控信号输出端口与第一压控振荡器(212)的压控信号输入端口连接；第一压控振荡器(212)的采样信号输出端口与DDS单元(103)的采样信号输入端口连接，反馈信号输出端口与第一鉴相器(210)的反馈信号输入端口连接；第一监控单元(213)的电源与监控信息出入端口分别与监控单元(107)和第一鉴相器(210)连接，电源输出端口分别与第一环路滤波器(211)和第一压控振荡器(212)的电源输入端口连接。
3.根据权利要求1所述的航天测控Ka频段小步进低相噪频率综合器，其特征在于：所述的大步进环单元(104)包括第二鉴相器(314)、第二环路滤波器(315)、第二压控振荡器(316)和第二监控单元(317)；其中第二鉴相器(314)的信号输入端口与参考分路单元(101)的信号输出端口连接，压控信号输出端口与第二环路滤波器(315)的压控信号输入端口连接；第二环路滤波器(315)的压控信号输出端口与第二压控振荡器(316)的压控信号输入端口连接；第二压控振荡器(316)的C频段信号输出端口与混频环单元(105)的C频段信号输入端口连接，反馈信号输出端口与第二鉴相器(314)的反馈信号输入端口连接；第二监控单元(317)的电源与监控信息出入端口分别与监控单元(107)和第二鉴相器(314)连接，电源输出端口分别与第二环路滤波器(315)和第二压控振荡器(316)的电源输入端口连接。
4.根据权利要求1所述的航天测控Ka频段小步进低相噪频率综合器，其特征在于：所述的混频环单元(105)包括第三鉴相器(418)、第三环路滤波器(419)、第三压控振荡器(420)、混频器(421)和第三监控单元(422)；其中第三鉴相器(418)的L频段信号输入端口与DDS单元(103)的L频段信号输出端口连接，压控信号输出端口与第三环路滤波器(419)的压控信号输入端口连接；第三环路滤波器(419)的压控信号输出端口与第三压控振荡器(420)的压控信号输入端口连接；第三压控振荡器(420)的Ku频段信号输出端口与倍频单元(106)的Ku频段信号输入端口连接，反馈信号输出端口与混频器(421)的反馈信号输入端口连接；混频器(421)的C频段信号输入端口与大步进环单元(104)的C频段信号输出端口连接，混频信号输出端口与第三鉴相器(418)的混频信号输入端口连接；第三监控单元(422)的电源与监控信息出入端口分别与监控单元(107)和第三鉴相器(418)连接，电源输出端口分别与第三环路滤波器(419)和第三压控振荡器(420)的电源输入端口连接。
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