一种用于电子测量仪器的下变频器及下变频方法
【专利摘要】本发明提出了一种用于电子测量仪器的下变频器，包括：第一混频器、第一低通滤波器、分频器、第一鉴相器、第一积分器、第一压控振荡器、第二混频器和第二低通滤波器。本发明的用于电子测量仪器的低噪声下变频器，由于采用基波混频技术，而本振信号由宽带大步进的微波点频信号经过锁相环将步进减小，所有电路都不会对近端相位噪声造成明显恶化，所以本振信号的相位噪声可以做到非常低，可以实现宽带微波信号的无相位噪声恶化的下变频。
【专利说明】一种用于电子测量仪器的下变频器及下变频方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测试【技术领域】，特别涉及一种用于电子测量仪器的下变频器，还涉及一种用于电子测量仪器的下变频方法。
【背景技术】
[0002]现代雷达和无线电通信等技术的发展，各种电子设备对系统测试不断提出更高的要求，其中重要的一点就是电子测量仪器的本振要有很低的单边带相位噪声。为了得到较低的相位噪声，目前电子测试仪器的本振信号是由频率合成方式得到。比较通用的方法是由宽带VCO (压控振荡器)或YTO (YIG调谐振荡器)锁定在高稳定度和高分辨率的参考信号上。由于YTO输出的信号为宽带微波信号，如3-10GHZ，而参考信号的频率一般为IOOMHz左右的射频信号，需要将YTO反馈回来的信号进行下变频后得到鉴相中频信号，中频信号与参考信号进行鉴相从而使YTO锁定。如何将宽带的微波信号下变频到中频信号，是非常重要的技术。目前最通用的方法是采用取样变频技术，用低相位噪声的一个本振信号，将宽带微波信号取样得到中频信号，取样过程也就是谐波混频的过程，本振信号的高次谐波与微波信号混频，得到中频信号。
[0003]如图1所示，现有的取样下变频器应用电路中，压控振荡器13 —般为微波宽带VCO或ΥΤ0，输出宽带微波信号。小步进本振信号为射频信号，在取样下变频器14中对宽带微波信号进行取样，得到小步进的中频信号。取样下变频器14的工作原理是将射频本振信号经过SRD (阶跃恢复二极管)产生梳状波，梳状波频率范围覆盖宽带微波，压控振荡器13输出微波与梳状波中频率最接近的本振某次谐波混频，产生的中频信号经低通滤波后进入鉴相器11与高分辨率参考信号鉴相，使压控振荡器13锁定。
[0004]采用取样变频技术的下变频器虽然可以采用较低频率的本振信号实现宽带微波信号的下变频，但是中频信号的单边带相位噪声却受到取样下变频器工作原理的限制，不能达到很高的水平。因为取样变频采用的谐波混频技术，微波信号跟射频本振的高次谐波进行混频，受到倍频功率损耗的影响，射频本振高次谐波的功率受到限制，功率很小时较好的相位噪声会湮没在热噪底中，使噪声恶化。所以取样下变频器只能用于对相位噪声要求不是特别高的仪器中，如果对本振的相位噪声要求再高时，取样下变频器就不能满足要求了。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术的不足，本发明提出了一种用于电子测量仪器的下变频器和下变频方法。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
[0007]—种用于电子测量仪器的下变频器，包括:第一混频器、第一低通滤波器、分频器、第一鉴相器、第一积分器、第一压控振荡器、第二混频器和第二低通滤波器；
[0008]所述第一混频器接收大步进微波本振信号和锁相环反馈信号，混频后输出中频信号，所述中频信号经第一低通滤波器滤波后与参考信号在第一鉴相器中鉴相，第一低通滤波器和第一鉴相器之间还设置有分频器，第一鉴相器输出的鉴相误差信号经第一积分器进行积分滤波，生成第一压控振荡器的调谐误差控制信号，控制第一压控振荡器的输出信号并使其锁定，第一压控振荡器的输出信号耦接到第一混频器和第二混频器，第二混频器将第一压控振荡器的输出信号和宽带微波信号混频，混频后的输出信号经第二低通滤波器滤波后与高分辨率参考信号进行鉴相。
[0009]可选地，所述大步进微波本振信号为3.2?IOGHz，步进0.8Hz，所述分频器为3分频器。
[0010]可选地，所述第一压控振荡器为5-10GHZ压控振荡器，第一压控振荡器和第二混频器之间还设置有二分频器。
[0011]本发明还提供了一种用于电子测量仪器的下变频方法，包括以下步骤:
[0012]步骤(a)，将大步进微波本振信号与锁相环反馈信号进行混频，输出中频信号；
[0013]步骤(b)，将所述中频信号低通滤波；
[0014]步骤(C)，低通滤波后的中频信号与参考信号进行鉴相，输出鉴相误差信号；
[0015]步骤(d)，将鉴相误差信号进行积分滤波，生成调谐误差控制信号，控制压控振荡器的输出信号并使其锁定；
[0016]步骤(e)，压控振荡器的输出信号分为两路，一路作为锁相环反馈信号与所述大步进微波本振信号进行混频，另一路与宽带微波信号进行混频；
[0017]步骤(f)，将压控振荡器输出信号与宽带微波信号混频后的输出信号与高分辨率参考信号进行鉴相。
[0018]可选地，所述步骤(C)中，还包括对低通滤波后的中频信号进行分频的步骤，分频后的中频信号与参考信号进行鉴相。
[0019]本发明的有益效果是:由于采用基波混频技术，本振信号由宽带大步进的微波点频信号经过锁相环将步进减小，所有电路都不会对近端相位噪声造成明显恶化，所以本振信号的相位噪声可以做到非常低，可以实现宽带微波信号的无相位噪声恶化的下变频。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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的附图。
[0021]图1为现有的取样下变频器应用电路的控制框图；
[0022]图2为本发明的用于电子测量仪器的下变频器的控制框图；
[0023]图3为本发明的用于电子测量仪器的下变频方法的流程图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]本发明提出一种用于电子测量仪器的下变频器，宽带微波VCO锁相环将大步进微波本振信号频率合成到小步进微波本振信号，小步进微波本振信号与压控振荡器输出的宽带微波信号混频，得到鉴相中频信号，该过程由于使用基波混频，中频信号的相位噪声不会因本振功率低而恶化。
[0026]如图2所示，本发明的一种用于电子测量仪器的下变频器包括第一混频器21、第一低通滤波器22、分频器24、第一鉴相器23、第一积分器25、第一压控振荡器26、第二混频器27和第二低通滤波器28。
[0027]第一混频器21接收大步进微波本振信号和锁相环反馈信号，混频后输出中频信号，中频信号经第一低通滤波器22滤波后与参考信号在第一鉴相器23中鉴相，第一低通滤波器22和第一鉴相器23之间还设置有分频器24，第一鉴相器23输出的鉴相误差信号经第一积分器25进行积分滤波,生成第一压控振荡器26的调谐误差控制信号,控制第一压控振荡器26的输出信号并使其锁定，第一压控振荡器26的输出信号耦接到第一混频器21和第二混频器27，第二混频器27将第一压控振荡器26的输出信号和宽带微波信号混频，混频后的输出信号经第二低通滤波器28滤波后与高分辨率参考信号在第二鉴相器31进行鉴相，第二鉴相器31的输出信号经第二积分器32积分滤波后输入到第二压控振荡器33，使第二压控振荡器33锁定，输出宽带微波信号。
[0028]大步进微波本振信号可以由低噪声的参考信号经过频率合成得到，所以具有很低的近端相位噪声。宽带压控振荡器的近端相位噪声一般要比大步进微波本振的差，但是只要锁相环的环路带宽足够宽，锁相后的微波本振的近端噪声就靠在大步进微波本振上。下面结合一具体实施例对本发明下变频器的工作原理进行详细说明。
[0029]大步进微波本振信号3.2-10GHz、步进800MHz,大步进微波本振信号与锁相环反馈信号在第一混频器21进行混频，得到IOOMHz或300MHz的中频信号。低通滤波后，300MHz的中频信号进行3分频，得到统一的IOOMHz中频信号。IOOMHz中频信号与IOOMHz参考信号在第一鉴相器23中鉴相，第一积分器25对第一鉴相器23输出的鉴相误差信号进行积分滤波，生成第一压控振荡器26调谐误差控制信号,控制第一压控振荡器26的输出信号并使其锁定。锁定后的第一压控振荡器26输出信号的带内相位噪声与大步进微波本振的相位噪声基本相同，步进减小到200MHz，大步进微波本振信号的杂散信号也被锁相环滤除。第二压控振荡器33输出的3.2-1OGHz微波信号与3.1-10.1GHz的小步进微波本振信号混频，得到100-200MHZ的中频信号，该中频信号的相位噪声由第二压控振荡器33和微波本振的相位噪声决定，不会产生额外的恶化，一般情况下，微波本振信号IMHz以内的近端噪声优于压控振荡器，那么中频信号的相位噪声与压控振荡器输出的信号相位噪声相同，也就是实现了压控振荡器输出信号的无相位噪声恶化的下变频。下变频得到的中频信号用于与同频的高分辨率参考信号鉴相，使第二压控振荡器33锁相后锁定。锁定后的压控振荡器带内噪声将由高分辨率参考信号和微波本振信号的噪声决定，高分辨率参考信号频率低相位噪声很低，微波本振信号的频率合成过程不存在噪声恶化的电路，相位噪声能够做到很低，所以用本发明的下变频器实现的宽带微波锁相环路能够实现很低的带内相位噪声，可以用于对本振噪声要求非常高的电子测量仪器中。
[0030]当第一压控振荡器26为5-lOGHz压控振荡器时，第一压控振荡器26和第二混频器27之间还设置有二分频器。
[0031]本发明还提供了一种用于电子测量仪器的下变频方法，如图3所示，包括以下步骤:
[0032]步骤(a)，将大步进微波本振信号与锁相环反馈信号进行混频，输出中频信号；步骤(b)，将所述中频信号低通滤波；步骤(C)，低通滤波后的中频信号与参考信号进行鉴相，输出鉴相误差信号；步骤(d)，将鉴相误差信号进行积分滤波，生成调谐误差控制信号，控制压控振荡器的输出信号并使其锁定；步骤(e)，压控振荡器的输出信号分为两路，一路作为锁相环反馈信号与所述大步进微波本振信号进行混频，另一路与宽带微波信号进行混频；步骤(f)，将压控振荡器输出信号与宽带微波信号混频后的输出信号与高分辨率参考信号进行鉴相。
[0033]优选地，上述步骤(C)中，还包括对低通滤波后的中频信号进行分频的步骤，分频后的中频信号与参考信号进行鉴相。
[0034]本发明的用于电子测量仪器的低噪声下变频器，由于采用基波混频技术，而本振信号由宽带大步进的微波点频信号经过锁相环将步进减小，所有电路都不会对近端相位噪声造成明显恶化，所以本振信号的相位噪声可以做到非常低，可以实现宽带微波信号的无相位噪声恶化的下变频。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于电子测量仪器的下变频器，其特征在于，包括:第一混频器、第一低通滤波器、分频器、第一鉴相器、第一积分器、第一压控振荡器、第二混频器和第二低通滤波器； 所述第一混频器接收大步进微波本振信号和锁相环反馈信号，混频后输出中频信号，所述中频信号经第一低通滤波器滤波后与参考信号在第一鉴相器中鉴相，第一低通滤波器和第一鉴相器之间还设置有分频器，第一鉴相器输出的鉴相误差信号经第一积分器进行积分滤波，生成第一压控振荡器的调谐误差控制信号，控制第一压控振荡器的输出信号并使其锁定，第一压控振荡器的输出信号耦接到第一混频器和第二混频器，第二混频器将第一压控振荡器的输出信号和宽带微波信号混频，混频后的输出信号经第二低通滤波器滤波后与高分辨率参考信号进行鉴相。
2.如权利要求1所述的用于电子测量仪器的下变频器，其特征在于，所述大步进微波本振信号为3.2?10GHz，步进0.8Hz，所述分频器为3分频器。
3.如权利要求2所述的用于电子测量仪器的下变频器，其特征在于，所述第一压控振荡器为5-lOGHz压控振荡器，第一压控振荡器和第二混频器之间还设置有2分频器。
4.一种用于电子测量仪器的下变频方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤(a)，将大步进微波本振信号与锁相环反馈信号进行混频，输出中频信号； 步骤(b)，将所述中频信号低通滤波； 步骤(C)，低通滤波后的中频信号与参考信号进行鉴相，输出鉴相误差信号； 步骤(d)，将鉴相误差信号进行积分滤波，生成调谐误差控制信号，控制压控振荡器的输出信号并使其锁定； 步骤(e)，压控振荡器的输出信号分为两路，一路作为锁相环反馈信号与所述大步进微波本振信号进行混频，另一路与宽带微波信号进行混频； 步骤(f)，将压控振荡器输出信号与宽带微波信号混频后的输出信号与高分辨率参考信号进行鉴相。
5.如权利要求4所述的一种用于电子测量仪器的下变频方法，其特征在于，所述步骤(C)中，还包括对低通滤波后的中频信号进行分频的步骤，分频后的中频信号与参考信号进行鉴相。
【文档编号】H03D7/00GK103607200SQ201310571827
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】刘青松, 刘亮, 樊晓腾, 刘盛, 范吉伟, 王琨, 宣建青, 卢凯 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所