一种超低相噪宽带频率源的制作方法

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种采用改良锁相技术实现超低相噪宽带的频率源。

背景技术：

在微波系统中，频率源是微波系统的核心设备，是整机性能指标的重要保障。随着现代通信技术的飞速发展，微波系统在雷达、制导、保密通讯、电子对抗、以及民用系统（LMDS、MVDS）等方面有着广泛的用途，并受到世界各国的重视。

频率源是现代通信系统、雷达系统必不可少的关键部件。而宽带频率源是雷达导引头中的关键组成部件，其主要作用是产生宽带本振信号或导引头自检信号，它的性能指标直接影响到整个雷达系统的性能。宽带频率信号产生技术是现代雷达设计中的一项关键技术，相对于单个频点信号产生来讲，为实现大带宽内良好的相位噪声性能和跳频时间等指标，具有更大的难度，需要综合考虑各个方面的因素。因此频率源技术是现在微波测量、通信和雷达系统等应用领域里面的关键技术。

20世纪90年代以来，随着对毫米波技术需求的增长以及在研制毫米波雷达发射机、接收机、天线和无源器件等各个方面的重大突破，毫米波技术的发展进入了一个新的阶段。同时，这也对毫米波频率源提出了越来越高的要求。小型化、超宽带、低杂散和低功耗成为研究的热点，也是主要的发展趋势。小型化集成封装技术为电子类设备性能提高、功能增加、生产规模扩大和成本降低的重要制约因素。实现小型化集成封装有多种技术，包括低温共烧陶瓷（LTCC）、薄膜、硅片半导体和多层电路板技术等。目前，从加工精度、集成密度和可靠性等综合考虑，LTCC具有稳定低损耗的介电常数、优良的导带附着力及良好的机械强度与散热等优点，并在多层电路设计时灵活多变，易于实现高密度集成与小型化封装。

但是目前，宽带频率源的实现主要采用锁相环或者倍频滤波实现，采用传统的锁相环虽然杂散较好，但是相位噪声恶化较大；采用倍频滤波法则虽相位噪声较好，但杂散、频率步进和频率带宽不能高性能满足要求。故本公司针对上述问题作出了相应地研发。

技术实现要素：

为克服上述存在之不足，本实用新型的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种超低相噪宽带频率源结合了锁相环和倍频的优点，实现超低相位噪声和宽带的要求，具有输出信号相位噪声好、杂波抑制高、频率范围宽，频率步进小、调试简单等优势的超低相噪宽带频率源。

其具体的技术方案是：一种超低相噪宽带频率源，其包括参考信号源、控制模块、鉴相器、运算放大器、VCO、射频放大器、滤波器、倍频器和混频器，所述滤波器分为了第一滤波器和第二滤波器；所述控制模块连接鉴相器并向其发送配置参数，所述参考信号源输出端分别连接鉴相器和倍频器，倍频器输出端连接混频器；所述鉴相器输出端连接运算放大器，运算放大器输出端连接VCO，所述VCO输出端分别连接射频放大器和混频器，所述混频器输出端连接第二滤波器，第二滤波器输出端连接鉴相器，所述射频放大器输出端连接第一滤波器，第一滤波器输出超低相位宽带频率源信号。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述控制模块采用的是FPGA或单片机。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述参考信号源和鉴相器之间还设有第三滤波器。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述第三滤波器为LFCN-80+低通滤波器。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述单片机采用的是XC3S250E-4VQG100I单片机。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述参考信号源发出信号为100MHz的参考信号。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述第一滤波器为20GHz微带滤波器，所述第二滤波器为LFCN-3000+低通滤波器。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述VCO输出端输出C波段基波信号。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述鉴相器采用的是HMC704LP4鉴相器。

根据本实用新型所述的一种超低相噪宽带频率源，其进一步的技术方案是：所述混频器采用的是SIM-153+混频器。

相比现有技术，本实用新型的技术方案具有如下优点/有益效果：

1、本实用新型采用鉴相器、运算放大器压控振荡器和滤波器组合改良锁相技术实现超低相噪宽带频率源信号产生的方式，该方式具有相位噪声好、杂波抑制高、频率范围宽，频率步进小、调试简单等优势。

2、本实用新型中的控制部分可以采用FPGA发数，完成对锁相部分的控制，实现高性能的频率信号输出。锁相得到的信号经过放大、滤波，实现高性能稳定的超低相位宽带频率源信号输出。

3、本实用新型产品在超低相噪、高杂散抑制、超宽带、细步进频率源方面的改进，提高了此类产品在市场上占有率,到现在为止已经通过用户的测试验收，在用户处使用得到认可，具有较好的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是实施例1的功能原理示意图。

图2是实施例2的功能原理示意图。

具体实施方式

本实用新型实施方式中对附图进行详细说明，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例1

如图1所示，图中 1 FPGA、2参考信号源、3鉴相器、4运算放大器、5 VCO、6 射频放大器、7第一滤波器、8 倍频器、9 混频器、10第二滤波器。

本实施例具体是，参考信号源1分为两路输出，一路输出端连接倍频器8，另一路输出端连接鉴相器3，同时该鉴相器的输入端还连接有FPGA，通过FPGA控制电路发送配置参数给鉴相器3，鉴相器3的输出端连接运算放大器4，运算放大器输出端连接VCO，VCO输出端分为了两路，一路连接射频放大器6，另一路连接混频器9，其中射频放大器6输出端连接第一滤波器。所述倍频器8输出端连接混频器9，混频器9输出端连接第二滤波器10，第二滤波器10输出端连接鉴相器。

具体原理是：参考信号源发出两路信号，一路发送至鉴相器，另一路发送至倍频器。鉴相器收到FPGA给出的配置参数后，将信号发送至运算放大器，然后经过放大处理后输出调谐电压信号到VCO，经过VCO后输出C波段基波信号。该基波信号分为两路，一路输送至射频放大器经过发大后输送至第一滤波器，然后第一滤波器滤波后输出超低相位宽带频率源信号；另一路C波段基波信号发送至混频器9，混频器9将来自参考信号源发出信号和C波段基波信号耦合、混频后发送至第二滤波器10，然后经过第二滤波器10滤波返回至鉴相器3中。

施例2

如图2所示，图中：1 单片机(XC3S250E-4VQG100I)、2 100MHz参考信号、3低通滤波器（LFCN-80+）、4鉴相器(HMC704LP4)、5运算放大器AD8065ARTZ、6 VCO(HMC733LC4)、7 射频放大器(HMC565LC5)、8 20GHz微带滤波器、9 倍频器(MMD-837-C12)、10 混频器（SIM-153+）、11低通滤波器（LFCN-3000+）。

本实施例主要实现的技术指标如下：

1)超低相噪宽带频率源输出频率：10000MHz～15000MHz；

2)频率步进：5MHz

3)输出功率： ≥+13dBm；

4)频率准确度：≤±5ppb；

5)相位噪声：≤-112dBc/Hz@1kHz；

6)谐波抑制：≥70dBc；

7)杂散抑制：≥70dBc；

8)工作温度：-55℃～+85℃。

本实施例具体的技术方案是：首先将参考信号分别接LFCN-80+低通滤波器和MMD-837-C12倍频器，然后XC3S250E-4VQG100I单片机连接鉴相器并向其发数据，经鉴相器输出端连接AD8065ARTZ运算放大器，运算放大器输出端连接HMC733LC4压控振荡器，压控振荡器输出端分别连接HMC565LC5射频放大器和SIM-153+混频器，HMC565LC5射频放大器输出端连接20GHz微带滤波器，然后20GHz微带滤波器输出超低相位宽带频率源信号。在SIM-153+混频器的输入端分别连接MMD-837-C12倍频器和HMC733LC4压控振荡器，SIM-153+混频器输出端连接LFCN-3000+低通滤波器。

具体原理是100MHz参考信号经LFCN-80+低通滤波器滤波后送入鉴相器；然后XC3S250E-4VQG100I单片机给鉴相器发数据，使鉴相器能够进行正确的参数配置；鉴相器输出调谐电压到VCO，VCO输出C波段基波信号，基波信号分2路输出，一路通过耦合、混频（混频的本振信号来自参考信号的倍频信号）、滤波，返回到鉴相器中，另一路经过放大、滤波输出超低相位宽带频率源信号。该方式可实现输出超低相位宽带频率源，具有超低相位噪声、高杂散抑制、超宽带、细步进、调试简单等优点，在市场上都有着广阔的前景。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。