CN2562508Y - 微波宽带低噪声频率合成器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种微波宽带低噪声频率合成器，它涉及通信领域中的微波信道本振源的频率合成器。它由两个锁相环、压控振荡器、混频器、射频及中频放大器、鉴相器、开关电路、扩捕扫描电路、环路滤波器、电源等部件组成。它通过并行接口(TTL电平)进行频率控制，锁定告警采用TTL高电平；内部实现由小步进环、大步进环及输出合环三个锁相环路实现频率合成目的。该实用新型具有输出频率范围宽、输出噪声低、集成化程度高、性能稳定可靠、体积小、重量轻、功耗低、结构简单的特点，能够在恶劣环境下正常工作，特别适用作为卫星通信微波信道设备室内单元的本振源。

Description

微波宽带低噪声频率合成器
技术领域
本实用新型涉及一种无线通信领域中的用于微波信道本振源的微波宽带低噪声频率合成器，特别适用于作为卫星通信微波信道设备室内单元的本振源使用。
背景技术
由于卫星通信的通信速率变化非常大，可用频带宽(对C、Ku频段，通信带宽达500MHz)，因而为满足***的通用性，信道设备的本振源必须具备宽带、小步进的特点，同时考虑到传输信道的关系，本振源还应具备低噪声的特性。
发明内容
本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种能用于L波段作为微波信道设备本振源的微波宽带低噪声频率合成器，本实用新型能够在较恶劣的环境(-25℃～55℃)条件下正常工作，还具有集成化程度高、体积小、功耗低、调试简单、成本低等特点。
本实用新型的目的是这样实现的：它由锁相环1、锁相环2、压控振荡器3、混频器11、中频放大器7、8、分频器5、9、射频放大器10、环路滤波器12、扩捕扫描电路6、鉴相器4、开关电路13组成，其中锁相环2入端1脚与外部10MHz参考基准源入端口A连接，锁相环1出入端2脚、锁相环2出入端2脚通过输入输出总线与外部监控电路出入端口B连接，锁相环2出端3脚与锁相环1入端1脚连接，锁相环1出端3脚与分频器9入端1脚连接，分频器9出端2脚与中频放大器8入端2脚连接，中频放大器8出端1脚与鉴相器4入端2脚连接，锁相环2出端4脚与混频器11入端2脚连接，压控振荡器3出端2脚与分频器5入端2脚连接，分频器5出端1脚与混频器11入端1脚连接，混频器11出端3脚与中频放大器7入端1脚连接，中频放大器7出端2脚与鉴相器4入端4脚连接，鉴相器4出端3脚与扩捕扫描电路6入端2脚、开关电路13入端4脚并接，鉴相器4出端1脚与环路滤波器12入端2脚连接，扩捕扫描电路6出端1脚与开关电路13入端3脚连接，环路滤波器12出端1脚与开关电路13入端2脚连接，开关电路13出端1脚与压控振荡器3入端1脚连接，压控振荡器3出端3脚与射频放大器10入端1脚连接，射频放大器10出端2脚与输出端口C连接，电源14出端口+V1、+V2电压端与各部件相应电源端并接。
本实用新型的目的还可以通过以下措施达到：
本实用新型鉴相器4由90°功分器15、0°功分器16、混频器17、18、电压比较器19、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、电容C1组成，其中中频放大器7出端2脚与90°功分器15入端6脚连接，90°功分器15出端3、4脚接地端，出端5脚串接电阻R1后接地端，出端1脚与混频器18入端4脚连接、出端2脚与混频器17入端6脚连接；中频放大器8出端1脚与0°功分器16入端6脚连接，0°功分器16出端1、2、5脚接地端，出端3脚与混频器18入端6脚连接、出端4脚与混频器17入端4脚连接；混频器17出端1、3脚接地端、出端2、5脚与环路滤波器12入端2脚连接；混频器18出端1、3脚接地端、出端5脚串接电阻R3后与电压比较器19入端3脚连接、出端2脚一路串接电容C1后接地端、另一路串接电阻R2后与出端5脚连接；电阻R4一端与电源14出端+V1电压端连接、另一端与电阻R5一端、混频器18出端2脚并接；电阻R5另一端与电阻R6一端、电压比较器19入端2脚连接；电阻R6另一端接地端；电压比较器19入端8脚与电源14出端+V1电压端连接、出端4脚接地端、出端1脚与扩捕扫描电路6入端2脚、开关电路13入端4脚、电阻R7一端连接，电阻R7另一端与电源14出端+V2电压端连接。
本实用新型开关电路13由开关二极管V1、场效应管V2、三极管V3、电阻R10、R11、R12、电容C10组成，其中环路滤波器12出端1脚与开关二极管V1负极、场效应管V2源极连接；开关二极管V1正极与场效应管V2栅极、三极管V3集电极、电阻R10一端并接，电阻R10另一端与电源14出端+V1电压端连接；场效应管V2漏极与电容C10一端、电阻R12一端、扩捕扫描电路6出端1脚并接；电容R10另一端接地端；电阻R12另一端与压控振荡器3入端1脚连接；三极管V3发射极接地端、基极串接电阻R11后与鉴相器4出端3脚、扩捕扫描电路6入端2脚连接。
本实用新型与背景技术相比有如下优点：
1.本实用新型采用鉴相器(4)通过混频技术实现了较高频率的模拟鉴相，提高了鉴相频率，降低了因程序分频比过高而造成合成器输出相位噪声恶化；采用开关电路(13)解决了扩捕扫描与环路入锁时经常存在的不稳定现象，具有入锁稳定、可靠性高的优点。
2.本实用新型集成化程度高，功耗低，整机调试工作量小，能够在较恶劣的环境(-25℃～55℃)条件下正常工作。
3.本实用新型体积小，结构紧凑，成本低，具有推广应用价值。
附图说明
图1是本实用新型的原理方框图。
图2是本实用新型鉴相器4的电原理图。
图3是本实用新型开关电路13的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图3，本实用新型由锁相环1、锁相环2、压控振荡器3、鉴相器4、混频器11、中频放大器7、8、分频器5、9、射频放大器10、环路滤波器12、开关电路13、扩捕扫描电路6、电源14组成。其中锁相环1、锁相环2的出入端2脚通过输入输出总线与外部监控电路出入端口B连接，用于设置本实用新型频率合成器的频率并向外传送锁定信息，锁相环2的入端1脚外接10MHz的参考基准信号入端口A连接，经分路后从出端3脚输出一路送到锁相环1的入端1脚，锁相环2的出端4脚输出一射频信号送给混频器11入端2脚。锁相环2其作用是作为一个大步进的锁相环，它通过采用相对大的鉴相频率，降低了程序分频比，提高了自身的输出相位噪声性能，实施例采用市售专用的锁相环集成电路PE3236、压控振荡器HE483、低噪声运算放大器OP-27G制作。锁相环1其作用是作为一个小步进的锁相环，使合成器最终输出能够达到125kHz的输出频率间隔，实施例采用市售专用的锁相环集成电路MC145152、双模前置分频器B571C、压控振荡器HE882、低噪声运算放大器NE5534制作。
本实用新型分频器5、9分别完成相应输入频率的1/2、1/4分频，实施例分别采用市售为uPB584G和uPB587G的集成器件制作。中频放大器7其作用是对混频器11出端3脚输出的中频信号进行幅度放大以提高信号电平，满足鉴相器4的工作条件要求，实施例采用双级级联放大，器件分别为市售2SC3356晶体管及单片集成放大器XN402C。中频放大器8其作用是对分频器9出端2脚输出信号进行放大，实施例采用单片集成放大器XN402C制作。射频放大器10其作用是对压控振荡器3出端3脚输出的射频信号进行缓冲隔离放大，并保证合成器的输出功率要求，实施例采用单片集成放大器VAN25制作。
本实用新型混频器11其作用是实现输入射频信号的相减，实施例采用TUF一5SM混频器制作。环路滤波器12其作用是对鉴相器4输出电压进行滤除，消除电压纹波对输出噪声的影响，实施例采用低噪声运算放大器OP-27G制作。压控振荡器3其作用是直接振荡输出所需射频信号，实施例采用专用1.7～2.4GHz的VCO制作。扩捕扫描电路6其作用是当设备初始加电或输出频率更改时，产生锯齿波扫描电压通过开关电路13作用在压控振荡器3入端1脚，驱使压控振荡器3输出频率变化，直至落入鉴相器4的鉴相范围，完成相位的锁定，实施例采用通用运算放大器LM258、开关三极管2N3904、2N3906制作。
本实用新型开关电路13由二极管V1、场效应管V2、三极管V3、电阻R10、R11、R12、电容C10组成。电原理连接线路如图3所示。环路滤波器12出端1脚与二极管V1负极、场效应管V2源极连接；二极管V1正极与场效应管V2栅极、三极管V3集电极、电阻R10一端并接，电阻R10另一端与电源14出端+V1电压端连接；场效应管V2漏极与电容C10一端、电阻R12一端、扩捕扫描电路6出端1脚并接；电容C10另一端接地端；电阻R12另一端与压控振荡器3入端1脚连接；三极管V3发射极接地，基极串接电阻R11后与鉴相器4出端3脚、扩捕扫描电路6入端2脚连接。三极管V3其作用相当于一个电子开关，其基极在鉴相器4出端3脚输出的TTL高、低电平作用下，集电极和发射极接通、断开，将二极管V1正极钳位为低、高电平，实施例采用市售2N3904型晶体管制作。二极管V1其作用是利用自身压降特性保证正常工作时场效应管V2栅极电压始终大于源极电压，实施例采用市售F4148型二极管制作。场效应管V2其作用是在鉴相器4出端3脚输出的TTL高、低电平作用下，使环路滤波器12出端1脚与压控振荡器3入端1脚维持断开、接通的状态，实施例采用3DJ7H型场效应管制作。电阻R10、R11、R12、电容C10采用市售通用电阻、电容器件制作。
本实用新型鉴相器4由90°功分器15、0°功分器16、混频器17、18、电压比较器19、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、电容C1组成。电原理连接线路如图2所示。中频放大器7出端2脚与90°功分器15入端6脚连接，90°功分器15出端3、4脚接地端，出端5脚串接电阻R1后接地端，出端1脚与混频器18入端4脚连接，出端2脚与混频器17入端6脚连接，中频放大器8出端1脚与0°功分器16入端6脚连接，0°功分器16出端1、2、5脚接地，出端3脚与混频器18入端6脚连接，出端4脚与混频器17入端4脚连接，混频器17出端1、3脚接地，出端2、5脚与环路滤波器12入端2脚连接，混频器18出端1、3脚接地，出端5脚串接电阻R3后与电压比较器19入端3脚连接，出端2脚一路串接电容C1后接地端，另一路串接电阻R2后与出端5脚连接，电阻R4一端与电源14出端+V1电压端连接，另一端与电阻R5、混频器18出端2脚连接，电阻R5另一端与电阻R6一端、电压比较器19入端2脚连接，电阻R6另一端接地端，电压比较器19入端8脚与电源14出端+V1电压端连接，出端4脚接地端，出端1脚与扩捕扫描电路6入端2脚、开关电路13入端4脚、电阻R7一端连接，电阻R7另一端与电源14出端+V2电压端连接。90°功分器15其作用是输出一路0°、一路经90°移相的信号分别送入混频器17、18，实施例采用市售SLQ-01集成器件制作；0°功分器16其作用是将输入信号分为两路分别送入混频器17、18，实施例采用市售SD-2集成器件制作；混频器17、18其作用是分别完成同步鉴相和正交鉴相，实施例分别采用市售SMD-K1集成器件制作；电压比较器19其作用是将混频器18输出电平与电阻R4、R5、R6分压后的电压比较，输出一个TTL电平控制开关电路13、扩捕扫描电路6的工作与否，实施例采用运算放大器LM293制作。实施例电阻R1至R7、电容C1采用市售通用器件制作。
本实用新型电源14其作用提供各级部件直流工作电压，实施例采用通用直流稳压电源线路自制而成，其输出+V1电压为+15伏、输出+V2电压为+5伏。
本实用新型工作原理如下：采用并行接口控制，锁相环2入端1脚外接入端口A输入10MHz参考基准源，通过合成器三个锁相环路的作用，使输出射频信号获得与参考基准源相同的频率稳定度。首先接通电源，入端口B通过监控电路或拨号开关设置输出频率，合成器的锁相环1、锁相环2首先锁定，之后锁相环1输出经1/4分频器9及中频放大器8产生一个参考载波进鉴相器4；压控振荡器3一路输出经1/2分频器5与锁相环2输出在混频器11相减，输出差频经中频放大器7将信号电平提高后同样送入鉴相器4；当压控振荡器3输出频率与设置频率相距较大时，鉴相器4送出一个控制信号触发扩捕扫描电路6并关断开关电路13，驱使压控振荡器3输出频率跳变，当其频率接近设置频率时，鉴相器4输出一个控制信号关断扩捕扫描电路6，首先完成频率的快捕，并同时接通开关电路13，再完成相位的锁定。此时合成器进入正常工作状态并保持稳定的输出频率。
本实用新型的安装结构如下：全部电路元器件双面贴装在一块长×宽为142×122毫米的双面印制板上，屏蔽盒体采用上、下双层、多槽区结构，通过电路板上的通孔将其夹在中间，既实现电磁信号的空间隔离，又方便于射频信号的就近接地，上、下盒体再通过上、下盖板实现结构的密封。输入基准信号端口A及输出射频信号端口C采用两个SMA-F电缆头连接，并行接口输入端口B、电源线、告警线通过一个CD-25芯的电缆连接器连接组装成本实用新型。

Claims (3)

1.一种由锁相环(1)、锁相环(2)、压控振荡器(3)、混频器(11)、中频放大器(7)、(8)、分频器(5)、(9)、射频放大器(10)、环路滤波器(12)、扩捕扫描电路(6)、电源(14)组成的微波宽带低噪声频率合成器，其特征在于还有鉴相器(4)、开关电路(13)组成，其中锁相环(2)入端1脚与外部10MHz参考基准源入端口A连接，锁相环(1)出入端2脚、锁相环(2)出入端2脚通过输入输出总线与外部监控电路出入端口B连接，锁相环(2)出端3脚与锁相环1(1)入端1脚连接，锁相环(1)出端3脚与分频器(9)入端1脚连接，分频器(9)出端2脚与中频放大器(8)入端2脚连接，中频放大器(8)出端1脚与鉴相器(4)入端2脚连接，锁相环(2)出端4脚与混频器(11)入端2脚连接，压控振荡器(3)出端2脚与分频器(5)入端2脚连接，分频器(5)出端1脚与混频器(11)入端1脚连接，混频器(11)出端3脚与中频放大器(7)入端1脚连接，中频放大器(7)出端2脚与鉴相器(4)入端4脚连接，鉴相器(4)出端3脚与扩捕扫描电路(6)入端2脚、开关电路(13)入端4脚并接，鉴相器(4)出端1脚与环路滤波器(12)入端2脚连接，扩捕扫描电路(6)出端1脚与开关电路(13)入端3脚连接，环路滤波器(12)出端1脚与开关电路(13)入端2脚连接，开关电路(13)出端1脚与压控振荡器(3)入端1脚连接，压控振荡器(3)出端3脚与射频放大器(10)入端1脚连接，射频放大器(10)出端2脚与输出端口C连接，电源(14)出端口+V1、+V2电压端与各部件相应电源端并接。
2.根据权利要求1所述的微波宽带低噪声频率合成器，其特征在于鉴相器(4)由90°功分器(15)、0°功分器(16)、混频器(17)、(18)、电压比较器(19)、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、电容C1组成，其中中频放大器(7)出端2脚与90°功分器(15)入端6脚连接，90°功分器(15)出端3、4脚接地端，出端5脚串接电阻R1后接地端，出端1脚与混频器(18)入端4脚连接、出端2脚与混频器(17)入端6脚连接；中频放大器(8)出端1脚与0°功分器(16)入端6脚连接，0°功分器(16)出端1、2、5脚接地端，出端3脚与混频器(18)入端6脚连接、出端4脚与混频器(17)入端4脚连接；混频器(17)出端1、3脚接地端、出端2、5脚与环路滤波器(12)入端2脚连接；混频器(18)出端1、3脚接地端、出端5脚串接电阻R3后与电压比较器(19)入端3脚连接、出端2脚一路串接电容C1后接地端、另一路串接电阻R2后与出端5脚连接；电阻R4一端与电源(14)出端+V1电压端连接、另一端与电阻R5一端、混频器(18)出端2脚并接；电阻R5另一端与电阻R6一端、电压比较器(19)入端2脚连接；电阻R6另一端接地端；电压比较器(19)入端8脚与电源(14)出端+V1电压端连接、出端4脚接地端、出端1脚与扩捕扫描电路(6)入端2脚、开关电路(13)入端4脚、电阻R7一端连接，电阻R7另一端与电源(14)出端+V2电压端连接。
3.根据权利要求1或2所述的微波宽带低噪声频率合成器，其特征在于开关电路(13)由开关二极管V1、场效应管V2、三极管V3、电阻R10、R11、R12、电容C10组成，其中环路滤波器(12)出端1脚与开关二极管V1负极、场效应管V2源极连接；开关二极管V1正极与场效应管V2栅极、三极管V3集电极、电阻R10一端并接，电阻R10另一端与电源(14)出端+V1电压端连接；场效应管V2漏极与电容C10一端、电阻R12一端、扩捕扫描电路(6)出端1脚并接；电容R10另一端接地端；电阻R12另一端与压控振荡器(3)入端1脚连接；三极管V3发射极接地端、基极串接电阻R11后与鉴相器(4)出端3脚、扩捕扫描电路(6)入端2脚连接。
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