一种微波信号合成装置的制作方法

本发明涉及微波通信领域，特别是涉及一种微波信号合成装置，

背景技术：

小型铷原子频率标准因体积小、可靠性高，在国防、工业中得到了广泛应用。在设计与制造小型铷原子频率标准时，其6.8GHz微波信号源的体积和性能是决定整机体积和性能的关键因素之一。

一般来讲，铷原子频率标准的量子部分中所需要的微波信号频率为6.8346875GHz，需要进行特定的频率综合过程才能完成频率变换。铷原子频率标准对微波信号频率的频谱纯度、相位噪声及功率均有严格要求，特别是小型铷原子钟应用温度范围较宽，通常可达到-40℃～+60℃范围，这就要求铷原子频率标准中的微波信号合成电路在保证体积小、低成本、低相噪、低杂散的前提下，拥有良好的输出功率稳定性。

微波信号合成的通常做法是使用10MHz晶体振荡器，将此信号经684倍频后得到包含6.84GHz的梳状谱，与同样由10MHz合成的5.3125MHz信号进行混频，最终得到6.8346875GHz信号。这种方案可获得良好的相位噪声，但因使用晶体管倍频器和阶跃倍频器，所以功率稳定性差、频谱纯度差、电路复杂、调试工作量大。

另一种做法就是使用一只非标准频率的晶体振荡器，将其直接倍频到6.8346875GHz。这种方案由于去除了混频环节，得到的微波信号频谱纯度较好，但仍不能避免大量使用倍频器，结构复杂且温度特性较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微波信号合成装置，产生的微波信号可用于小型铷原子频率标准，解决传统微波信号合成装置调试复杂、温度特性差的问题。

本发明实施例提供的一种微波信号合成装置，包括以下部件：直接数字频率合成器、I/Q调制器、锁相环电路、环路滤波器、压控振荡器；所述微波信号合成装置接收输入参考信号，产生微波输出信号；所述直接数字频率合成器用于产生第一频率信号；所述压控振荡器用于产生所述微波输出信号；所述I/Q调制器用于对所述第一频率信号和所述微波输出信号进行混频，产生第二频率信号；所述锁相环电路包括第一变频器、鉴相器；所述第一变频器用于将所述第二频率信号变频；所述鉴相器用于将所述第一变频器的输出信号和所述输入参考信号进行频率比较，输出相差信号；所述环路滤波器用于输入所述相差信号，产生压控振荡器调整信号。

作为本发明微波信号合成装置进一步优化的实施例，还包含第二变频器；所述第二变频器，用于改变所述输入参考信号的频率，产生第三频率信号；所述第三频率信号用于输入所述直接数字频率合成器。对应本发明所述直接数字频率合成器的最佳输入信号，所述第三频率为所述第一频率的2.5倍以上。

作为本发明的最佳实施例，所述第二频率为所述微波输出信号的中心频率与所述第一频率的和；所述微波输出信号的中心频率为6.8346875GHz、所述第一频率为5.3125MHz。

或者，所述第二频率为所述微波输出信号的中心频率与所述第一频率的差；所述微波输出信号的中心频率为6.8346875GHz；所述第一频率为4.6875MHz。

作为本发明进一步优化的实施例，所述第二频率为所述输入参考信号频率的倍数；所述第一变频器按所述倍数，对所述第二频率信号进行分频，使所述第一变频器的输出信号频率，与所述输入参考信号的频率相同。

在本发明的所有实施例中，可以采用所述输入参考信号的频率为10MHz。

本发明有益效果如下：

其体积小、免调试、温度特性好、相噪和杂散性能好，特别适用于小型铷原子频率标准。基于这种方案合成微波信号有以下优点：所有主体器件均为小体积集成芯片，电路整体体积很小；使用锁相环技术，最终得到的微波信号理论上只有6.8346875GHz信号及其谐波，较高的鉴相频率使其相位噪声较好；微波信号功率只与压控振荡器(VCO)特性有关，温度稳定性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明微波信号合成装置的实施例示意图。

图2为本发明微波信号合成装置的另一实施例示意图。

图3为本发明用于小型铷原子频率标准微波信号合成装置的实施例示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请文件所述“第一频率信号”，是指中心频率为第一频率f₁的信号；同理：所述“第二频率信号”，是指中心频率为第二频率f₂的信号；所述“第三频率信号”，是指中心频率为第三频率f₃的信号。

图1为本发明微波信号合成装置的实施例示意图。

本发明实施例提供的一种微波信号合成装置，包括以下部件：直接数字频率合成器1、I/Q调制器2、锁相环电路3、环路滤波器4、压控振荡器5；所述微波信号合成装置接收输入参考信号S_i，产生微波输出信号S_o；所述直接数字频率合成器1用于产生第一频率信号S₁；所述压控振荡器用于产生所述微波输出信号；所述I/Q调制器用于对所述第一频率信号和所述微波输出信号进行混频，产生第二频率信号S₂；所述锁相环电路包括第一变频器31、鉴相器32；所述第一变频器31用于将所述第二频率信号S₂变频；所述鉴相器32用于将所述第一变频器31的输出信号和所述输入参考信号S_i进行频率比较，输出相差信号S_p；所述环路滤波器用于输入所述相差信号，产生压控振荡器调整信号S_v。

图2为本发明微波信号合成装置的另一实施例示意图。

作为本发明微波信号合成装置进一步优化的实施例，还包含第二变频器6；所述第二变频器，用于改变所述输入参考信号S_i的频率f_i，产生第三频率信号S₃；所述第三频率信号S₃用于输入所述直接数字频率合成器3。所述第三频率f₃为所述第一频率f₁的2.5倍以上。

作为本发明的最佳实施例，所述第二频率f₂为所述微波输出信号的频率f_o与所述第一频率f₁的和，即f₂＝f_o+f₁。当本发明用作用于小型铷原子频率标准的量子部分，所述微波输出信号的中心频率为6.8346875GHz、所述第一频率为5.3125MHz。

或者，所述第二频率f₂为所述微波输出信号的频率f_o与所述第一频率f₁的差，即f₂＝f_o-f₁。当本发明作用于小型铷原子频率标准的量子部分，所述微波输出信号的中心频率为6.8346875GHz；所述第一频率为4.6875MHz。

作为本发明进一步优化的实施例，所述第二频率f₂为所述输入参考信号频率f_i的倍数；所述第一变频器按所述倍数，对所述第二频率信号进行分频，使所述第一变频器的输出信号频率，与所述输入参考信号的频率相同。

在本发明的所有实施例中，可以采用所述输入参考信号的频率为10MHz。当所述I/Q调制器使用f₁＝5.3125MHz进行上变频时，所述第一变频器分频时所述倍数为684；当所述I/Q调制器使用f₁＝4.6875MHZ进行下变频时，第一变频器分频时所述倍数为683。

图3为本发明一种用于小型铷原子频率标准的微波信号合成装置的实施例示意图，包括直接数字频率合成器(DDS)1、I/Q调制器2、锁相环电路(PLL)3、环路滤波器4、压控振荡器(VCO)5；所述第二变频器6为一“÷2×3”变频器；所述锁相环电路包括第一变频器31、鉴相器(PD)32；所述第一变频器为一“÷684”变频器。

需要指出的是，÷2×3变频器只是一个典型情况，实际上可以用其他系数，比如×2或×3或更高，只要满足所述直接数字频率合成器的输入参考信号频率是输出信号频率的2.5倍以上即可。

所述输入参考信号的频率为10MHz，所述输入参考信号分为两路，其中一路经所述“÷2×3”变频器，变换成所述第三频率信号，所述第三频率为15MHz(即f₃＝f_i÷2×3)接所述直接数字频率合成器的时钟输入，另一路接所述锁相环电路3的参考输入。所述直接数字频率合成器的输出信号(第一频率信号)，接所述I/Q调制器的输入端，所述压控振荡器的输出接所述I/Q调制器的另一输入端。所述I/Q调制器的输出端接所述锁相环电路的射频输入端。所述锁相环电路的输出接所述环路滤波器的输入，所述环路滤波器的输出接所述压控振荡器的输入。所述第一变频器为一“684分频”电路，集成在所述锁相环电路芯片的内部。所述第二频率为所述输入参考信号频率的684倍(即f_i＝f₂÷684)。

工作时，其中一路所述输入参考信号10MHz经÷2×3变频器得到频率为15MHz的第三频率信号，作为所述直接数字频率合成器的时钟，频率为5.3215MHz的第一频率信号。所述第一频率信号与所述压控振荡器输出的中心频率为6.8346875GHz的微波输出信号经所述I/Q调制器进行上变频后得到频率为6.84GHz的第三频率信号，所述第三频率信号经684次分频后与另一路所述输入参考信号10MHz进行鉴相，所述鉴相器输出经所述环路滤波器、所述压控振荡器形成完整锁相环回路，最终将所述微波输出信号中心频率6.8346875GHz锁定于所述输入参考信号频率10MHz。

用于小型铷原子频率标准，为了使所述微波输出信号带有频率调制特征(例如±300Hz阶跃频率调制)，可以设置所述直接数字频率合成器的功能，使其输出的所述第一频率信号带有频率调制(例如±300Hz阶跃频率调制)。

需要指出的是，6.8346875GHz只是一个典型频率，使用时可能有几百Hz的偏差。调制深度300Hz也只是一个典型值，使用时可能有几百HZ的浮动范围。

基于本发明的实施例合成微波信号，有以下优点：1、所有主体器件均为小体积集成芯片，电路整体体积很小；2、使用锁相环技术，最终得到的微波信号理论上只有6.8346875GHz信号及其谐波，较高的鉴相频率使其相位噪声较好；3、微波信号功率只与VCO特性有关，温度稳定性好。

本领域的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。