一种低相位噪声微波本振生成装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种低相位噪声微波本振生成装置，还涉及 一种低相位噪声微波本振生成方法。
【背景技术】
[0002] 微波测试仪器对本振源的频率分辨率、相位噪声和杂散等指标都有较高的要求， 因此，宽带微波信号频率合成电路中，本振电路通常采用多环锁相结构，如图1所示，传统 方案一般包括低噪声参考源电路、整数或小数分频锁相环电路、低噪声取样本振电路、取样 混频电路、取样中频调理电路、鉴相器、环路积分器、宽带微波振荡器、宽带微波信号调理电 路等环节。
[0003] 低噪声参考源电路产生小数分频锁相环电路和低噪声取样本振电路需要的参考 信号。
[0004] 小数分频锁相环电路产生合成宽带微波信号所需的鉴相参考信号，参考信号的最 小步进频率决定着最终合成信号的最小步进频率。
[0005] 低噪声取样本振电路产生合成宽带微波信号所需的低噪声取样本振信号，是合成 宽带微波信号近载波相位噪声的主要限制因素。
[0006] 取样混频器完成宽带微波信号与宽带取样本振信号的谐波进行混频，输出频率较 低的取样中频信号。
[0007] 取样中频信号调理电路对取样混频输出后的信号进行滤波及放大，滤除宽带微波 信号、宽带取样本振信号及取样中频信号的谐波等，并将取样中频信号放大到所需的功率。
[0008] 鉴相器完成小数分频锁相环电路输出的参考信号和取样中频信号的鉴相。
[0009] 环路积分器实现鉴相信号的积分和滤波，产生积分电压，输出至宽带微波振荡器 实现锁相环路的锁定。
[0010] 宽带微波振荡器产生期望的宽带微波信号。
[0011] 宽带微波信号调理电路实现宽带微波信号的放大及滤波。
[0012] 图1所示低噪声本振合成电路，频率合成调谐方程为：
[0013] F〇_N*FS= ±F IF，Fif= F R _4] 上式中，F。为微波振荡器振荡频率，FA宽带低噪声取样本振频率，Fif为取样中 频频率，Fr为小数分频电路输出的鉴相参考频率，N为取样谐波次数。
[0015] 宽带微波振荡器，如YIG调谐振荡器（YTO)，通常具有很宽的工作频率范围和很好 的载波远端相位噪声，广泛应用于微波信号发生器或者微波本振源的设计中。
[0016] 图1所示取样混频的频率合成方式中，输出信号F。远载波相位噪声依赖振荡器自 身，载波近端的相位噪声受限于环路。取样本振F s的边带噪声会直接叠加到取样中频上， 并以20IgN (dB) (N为取样谐波次数）的速度恶化。
[0017] 通常，取样本振Fs频率为几百MHz，在频偏IOkHz处的相位噪声指标优于-HOdBc/ Hz。如此高的指标已经几乎达到取样本振硬件电路设计的极限。因此，受限于&取样本振 信号相位噪声的影响，在此方案基础上再进一步提高宽带微波信号F。的相位噪声指标已十 分困难。
【发明内容】
[0018] 本发明提出了一种低相位噪声微波本振生成装置及方法，对传统微波锁相环结构 进行改进，规避了恶化相位噪声的谐波取样混频环节，可以获得更低相位噪声的微波本振 信号。
[0019] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0020] -种低相位噪声微波本振生成装置，宽带微波振荡器反馈信号通过宽带微波信号 调理电路之后，先与高纯下变频本振组的其中某一个频率的本振信号进行下混频，把宽带 微波振荡器反馈信号从较高频率的微波频段变频至较低频率的射频频段后再与低噪声射 频本振进行混频，混频输出的中频信号与来自小数分频锁相环的参考信号进行鉴相，鉴相 输出经过环路积分器后加到宽带微波振荡器的控制端，使其输出为所需低相位噪声微波本 振。
[0021] 可选地，上述低相位噪声微波本振生成装置，包括：低噪声参考源、小数分频锁相 环、低噪声射频本振、高纯下变频本振组、鉴相器、低中频信号调理电路、第二混频器、高中 频信号调理电路、第一混频器、环路积分器、宽带微波振荡器、宽带微波信号调理电路；
[0022] 低噪声射频本振与高中频信号混频后输出的低中频信号与作为参考的小数分频 锁相环频率范围相当；
[0023] 高纯下变频本振组包括5种不同频率的高纯本振，通过开关选择其中一种与宽带 微波反馈信号进行下变频，使混频后的中频信号与低噪声射频本振的频率范围相当；
[0024] 低中频信号调理电路实现低中频信号的滤波及放大；
[0025] 第二混频器实现高纯下变频本振与宽带微波信号下混频，混频输出为高中频信 号；
[0026] 高中频信号调理电路实现高中频信号的滤波及放大；
[0027] 第一混频器实现低噪声射频本振与高中频信号的混频，混频输出为低中频信号。
[0028] 可选地，所述高纯下变频本振组共包括5种高纯本振频率，分别为：2. 4GHz、 3. 6GHz、4. 8GHz、6. OGHz 和 7. 2GHz。
[0029] 可选地，所述高纯下变频本振组包括：
[0030] 4. 8GHz高纯本振21，所述4. 8GHz高纯本振来自低噪声参考源；
[0031] 功率分配器22将一路4. 8GHz的高纯本振分为相同功率的两路信号；
[0032] 可编程分频器23将输入信号按照设定的分频比实现分频后的信号输出；
[0033] 第一单刀双掷开关24实现将两路信号中的其中一路信号选通；
[0034] 第一单刀四掷开关25实现将四路信号中的其中一路信号选通；
[0035] 第三混频器26实现将两路输入信号进行混频后输出；
[0036] I. 2GHz带通滤波器27实现中心频率为I. 2GHz的窄带滤波；
[0037] 2. 4GHz带通滤波器28实现中心频率为2. 4GHz的窄带滤波；
[0038] 3. 6GHz带通滤波器29实现中心频率为3. 6GHz的窄带滤波；
[0039] 第二单刀双掷开关210实现将两路信号中的其中一路信号选通；
[0040] 第二单刀四掷开关211实现将四路信号中的其中一路信号选通；
[0041] 第三单刀四掷开关212实现将四路信号中的其中一路信号选通。
[0042] 可选地，2. 4GHz高纯下变频本振的生成设置：
[0043] 所述4. 8GHz高纯本振21经过功率分配器22分为两路，可编程分频器23设置二 分频，设置第一单刀四掷开关25和第二单刀四掷开关211选中2. 4GHz带通滤波器28,再经 过第二单刀双掷开关210和第三单刀四掷开关212选中相应通道输出2. 4GHz高纯本振。
[0044] 可选地，3. 6GHz高纯下变频本振的生成设置：
[0045] 4. 8GHz高纯本振21经过功率分配器22分为两路，可编程分频器23设置四分频， 设置第一单刀四掷开关25和第二单刀四掷开关211选中3. 6GHz带通滤波器29,再经过第 二单刀双掷开关210和第三单刀四掷开关212选中相应通道输出3. 6GHz高纯本振。
[0046] 可选地，4. 8GHz高纯下变频本振的生成设置：
[0047] 4. 8GHz高纯本振21经过功率分配器22分为两路，再经过第一单刀双掷开关24和 第三单刀四掷开关212选中相应通道输出4. 8GHz高纯本振。
[0048] 可选地，6. OGHz高纯下变频本振的生成设置：
[0049] 4. 8GHz高纯本振21经过功率分配器22分为两路，可编程分频器23设置四分频， 设置第一单刀四掷开关25和第二单刀四掷开关211选中I. 2GHz带通滤波器27,再经过第 二单刀双掷开关210进入第三混频器26 ;设置第一单刀双掷开关24选通进入第三混频器 26的信号通路，设置第三单刀四掷开关212选通第三混频器26输出的信号通路，输出信号 即为6. OGHz高纯本振。
[0050] 可选地，7. 2GHz高纯下变频本振的生成设置：
[0051] 4. 8GHz高纯本振21经过功率分配器22分为两路，可编程分频器23设置二分频， 设置第一单刀四掷开关25和第二单刀四掷开关211选中2. 4GHz带通滤波器28,再经过第 二单刀双掷开关210进入第三混频器26 ;设置第一单刀双掷开关24选通进入第三混频器 26的信号通路，设置第三单刀四掷开关212选通第三混频器26输出的信号通路，输出信号 即为7. 2GHz高纯本振。
[0052] 基于上述装置，本发明还提出了一种低相位噪声微波本振生成方法，包括以下步 骤：
[0053] 步骤一：设置参考源振荡电路工作状态，使参考源工作正常；
[0054] 步骤二：设置宽带微波合成电路锁相环处于开环状态，根据用户设置的频率，预置 宽带微波振荡器工作频率F。；
[0055] 步骤三：设置高纯下变频本振组电路工作状态，使之产生设定频点对应的高纯本 振信号F d;
[0056] 步骤四：设置低噪声射频本振环路工作状态，使之产生设定频点对应的低噪声本 振信号F s;
[0057] 步骤五：设置小数分频锁相环电路的工作状态，使之产生设定频点对应的低噪声 参考信号F r;
[0058] 步骤六：设置预定稳定时间，使低噪声本振信号Fs和小数分频参考信号Fr工作稳 定；
[0059] 步骤七：设置宽带微波合成电路锁相环处于闭环状态，等待设置的预定时间，使宽 带微波振荡器频率F。工作稳定。
[0060] 本