一种低相噪低杂散快捷变频率合成器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种低相噪低杂散快捷变微波频率合成器，通过创新的相位噪声预计方法，合理选择器件，实现低的相位噪声；通过锁相环频率预置、微波开关切换，实现频率快捷变；同时采用特殊的隔离结构，以及信号幅度在腔体结构中的合理分配，保证频率合成器的低杂散。实现多频率输出的频率合成器满足低相噪低杂散快捷变的要求。
【专利说明】一种低相噪低杂散快捷变频率合成器
【技术领域】
[0001]本发明涉及频率合成器领域，尤其涉及一种低相噪低杂散快捷变微波频率合成器。
【背景技术】
[0002]频率合成器是雷达和通信等电子设备的核心部件，其主要的技术指标包括相位噪声、杂散抑制、跳频速度等。频率合成器相位噪声的高低直接决定发射频谱的边带信号幅度的大小，高的边带信号在脉冲压缩后的副瓣会掩盖弱小目标探测，降低雷达的距离探测性能；在频率合成器的杂散电平较高时，会在接收回波中产生成对的虚假信号，且加宽主瓣宽度，降低雷达的距离分辨率；现代雷达面临复杂的电磁环境，其抗干扰性能决定雷达的战场生存能力，而频率捷变是一种有效的抗干扰措施，跳频速度是捷变频雷达的重要指标之一。[0003]目前的频率合成的主要方法有:模拟直接频率合成、锁相环(PLL)和直接数字频率合成(DDS)。在实际工程应用中，用传统的直接数字频率合成可以获得良好的相位噪声，但需要大量的混频和倍频链路，引入非线性分量，电路复杂，杂散指标难以控制；PLL方式能获得较高的杂散抑制，但跳频速度通常在100--s量级，难以满足频率捷变的要求；若采用直接数字合成方式，跳频速度可以满足要求，但杂散指标难以控制。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种低相噪低杂散快捷变微波频率合成器，包括恒温晶振、第一功分器，第二功分器、第次雷达本振环、第二一次雷达本振环、二次雷达本振环、调制器、放大器，若干微波开关，第一二选一微波开关、第二二选一微波开关；它们的连接关系为:
第一功分器输入端与恒温晶振连接，输出端分别连接第次雷达本振环、第二一次雷达本振环；所述第一一次雷达本振环、第二一次雷达本振环的输出端分别通过一个微波开关连接到第一二选一微波开关的接头上，该第一二选一微波开关再与第二功分器输入端连接；
第二功分器一个输出端与调制器、放大器顺次连接，输出调制信号，另一个输出端连接一个微波开关后连接第二二选一微波开关的一个接头，所述第二二选一微波开关的另一个接头则通过一个微波开关连接二次雷达本振环，所述第二二选一微波开关输出本振信号。
[0005]进一步的，所述第--次雷达本振环、第二一次雷达本振环构造相同:均包含衰减
器、压力振荡器、鉴相器、环路滤波器、单片机；所述单片机与鉴相器输入端连接，用于提供工作频控码；所述鉴相器与环路滤波器、压控振荡器、衰减器顺次连接构成回路，环路滤波器的输出端连接衰减器，所述衰减器与一个微波开关连接。
[0006]进一步的,所述第次雷达本振环和/或第二一次雷达本振环第次雷达本振环、第二一次雷达本振环、二次雷达本振环置于不同的金属隔离腔体。
[0007]进一步的，还包括若干下部具有凹槽的隔条，各个微波开关和/或各个二选一微波开关置于其对应的隔条的凹槽中。
[0008]进一步的，鉴相器的相位噪声估算值公式为:
PN=Pfioor+20 logN+101ogFr
其中:PN为相位噪声估算值；Pra()为晶振的相位噪声；N为倍频数；Pfl()OT为鉴相器相位噪声基底；Fr为鉴相频率。
[0009]进一步的，鉴相器芯片型号为ADF4106。
[0010]本发明的有益效果是:
1.实现一、二次雷达频率合成器融合设计，改变了传统需两独立的频率合成器的设
计；
2.采用低相噪锁相频率合成式设计，实现了较高的相噪声指标；一次雷达本振采用了双环“乒乓”模式进行切换实现了快速跳频；
3.通过合理的结构布局和合适的电平切换，各个本振环采用独立的屏蔽腔，微波开关安装固定在隔条中，使杂散得到更好的抑制；
4.本发明指标如下:相噪 指标为-105dBc/HZ@lKHZ，杂散抑制为≥70dBc，频率捷变速度< l--s。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明系统框图。
[0012]图2为本发明所述隔条示意图。
【具体实施方式】
[0013]本发明的设计构思为:通过创新的相位噪声预计方法，合理选择器件，实现低的相位噪声；通过锁相环频率预置、微波开关切换，实现频率快捷变；同时采用特殊的隔离结构，以及信号幅度在腔体结构中的合理分配，保证频率合成器的低杂散。实现多频率输出的频率合成器满足低相噪低杂散快捷变的要求。
[0014]下面对本发明的技术方案进行详细说明。
[0015]如图1所示，本发明包括恒温晶振、第一功分器，第二功分器、第一一次雷达本振环、第二一次雷达本振环、二次雷达本振环、调制器、放大器，若干微波开关，第一二选一微波开关、第二二选一微波开关。它们的连接关系为:
第一功分器输入端与恒温晶振连接，输出端分别连接第次雷达本振环、第二一次雷达本振环的鉴相器；所述第一一次雷达本振环、第二一次雷达本振环的输出端分别通过一个微波开关连接到第一二选一微波开关的接头上，该第一二选一微波开关再与第二功分器输入端连接；
第二功分器一个输出端与调制器、放大器顺次连接，输出调制信号，另一个输出端连接一个微波开关后连接第二二选一微波开关的一个接头，所述第二二选一微波开关的另一个接头则通过一个微波开关连接二次雷达本振环，所述第二二选一微波开关输出本振信号。
[0016]所述第一一次雷达本振环、第二一次雷达本振环构造相同:均均包含衰减器、压力振荡器、鉴相器、环路滤波器、单片机；所述单片机与鉴相器输入端连接，用于提供工作频控码；所述鉴相器与环路滤波器、压控振荡器、衰减器顺次连接构成回路，环路滤波器的输出端还与衰减器、一个微波开关顺次连接。所述第一一次雷达本振环、第二一次雷达本振环的微波开关另一端则连接到一个第一二选一切换微波开关接头上，该第一二选一微波开关再与第二功分器输入端连接，第二功分器一个输出端与调制器、放大器顺次连接，输出调制信号；另一个输出端连接一个微波开关后连接一个二选一微波开关的一个接头，该二选一微波开关的另一个接头则通过一个微波开关连接二次雷达本振环，该二选一微波开关输出本振信号。
[0017]下面对本发明的工作原理进行说明。
[0018]本发明融合了一、二次雷达频率源，一、二次雷达接收本振通过第二二选一微波开关切换从同一端口输出，一、二次雷达发射调制信号通过微波开关切换从同一端口输出。
[0019]一次雷达本振环和二次雷达本振环均采用PLL (锁相回路或锁相环)方式。
[0020]为保证一次雷达本振的快捷变，本发明采用两个锁相环按“乒乓工作模式”，具体工作流程如下:当雷达工作在第一一次雷达本振环时，对第二一次雷达本振环的单片机的引脚预置下一工作频控码；反之，当雷达工作在第二一次雷达本振环时，对第一一次雷达本振环的单片机的引脚预置下一工作频控码，输出两个一次雷达本振环的微波开关及第一二选一微波开关选择输出，以实现快速跳频。
[0021]作为对现有技术的另一个贡献，本发明提出了新的相位噪声估算方法:传统的相位噪声只考虑在晶振上的倍频恶化(见公式1)，而在本发明的频率合成器的相位噪声估计中，为保证本频率合成器的低相位噪声指标要求，不单考虑了传统的晶振噪声基底倍频恶化的影响，还结合考虑了频率合成器芯片的鉴相器的相位噪声基底倍频恶化的影响(见公式2)
^#=Pocxo+201ogN..........................(I)
PN=Pf ioor+2010 gN+1010 gFr.................(2)
其中:PN为相位噪声估算值(dBc/Hz)；
Pocxo为晶振的相位噪声(dBc/Hz)；
N为倍频数；
Pfloor为鉴相器相位噪声基底(dBc/Hz)；
Fr为鉴相频率(Hz)。
[0022]因此，实现本发明需要在选择具有低相位噪声的恒温晶振的前提下，还需选择噪声基底较低的鉴相器芯片，如ADF4106(-219dBc/Hz);在锁相电路原理中，压控振荡器的相位噪声只对频率的远端噪声有叠加，这是基于环路滤波器对于压控振荡器的噪声相当于一高通滤波器。在本发明设计中，为保证频率源较高的相位噪声指标，充分考虑了环路滤波器对VCO近端噪声抑制性能对频率源相位噪声的影响，在压控振荡器选型中对其近端的相位噪声也提出较高的要求，以保证本频率合成器满足低的相位噪声指标要求。
[0023]由于频率合成器中频率成分较多，高杂散抑制也是关键。优选的，本发明为降低杂散电平，在满足频率步进(IOMHz)要求的前提下，选取最大的鉴相频率(Fr:1OMHz);为了防止各频率成分的串扰、叠加，不同的本振环置于不同的金属隔离腔体中，防止空间辐射；同时，为保证一、二次雷达本振切换从同一端口输出的隔离度，采用两级微波开关进行切换(第次雷达本振环为其连接的微波开关与第一二选一微波开关，第二一次雷达本振环为其连接的微波开关与第一二选一微波开关)。切换前，尽量采用小信号，并将各个微波开关放置在类似如图2所示的、在下部具有凹槽的隔条中，减小切换微波开关的两端的辐射串扰。
[0024]此外，在本发明中，为保证杂散指标，还采取了如下措施:一是加强了各有源器件的电源滤波电路设计，让滤波电路靠近器件的电源管脚。具体电路设计时在鉴相器、VCO和单片机电源管脚LC滤波电路，防止各有源器件内杂的散信号串绕到电源上，最终调制在本振信号上，形成杂散信号；二是采用大面积接地，减小接地线阻抗。印制板设计时所有器件装在双面板的一面上，另一面全为接地面，安装固定在金属腔体上，形成大面积接地；三是在印制线布局时，单片机频控等数据线和其它有源器件的电源线避免平行走线，走线采用垂直布局，减小低频信号串扰到电源上，避免数字低频信号调制到射频信号上，形成本振信号的近端杂散信号。
[0025]本发明的频率合成器用于为融合一、二次雷达的整机提供发射调制信号和接收本振信号，为整机提供相参的时钟信号，内部频率成分复杂；一、二次雷达的本振信号通过切换从同一端口输出，一、二次雷达的调制信号同样通过微波微波开关切换从同一端口切换输出，这就增加杂散控制的难度。
[0026]本发明的有益效果是: 1.实现一、二次雷达频率合成器融合设计，改变了传统需两独立的频率合成器设计；
2.采用低相噪锁相频率合成式设计，实现了较高的相噪声指标；一次雷达本振采用了双环“乒乓”模式进行切换实现了快速跳频；
3.通过合理的结构布局和合适的电平切换，各个本振环采用独立的屏蔽腔，微波开关安装固定隔条中，使杂散得到更好的抑制；
4.本发明指标如下:相噪指标为-105dBc/HZ@lKHZ，杂散抑制为≥70dBc，频率捷变速度≤ l--s。
【权利要求】
1.一种低相噪低杂散快捷变微波频率合成器，其特征在于，包括恒温晶振、第一功分器，第二功分器、第一一次雷达本振环、第二一次雷达本振环、二次雷达本振环、调制器、放大器，若干微波开关，第一二选一微波开关、第二二选一微波开关；它们的连接关系为: 第一功分器输入端与恒温晶振连接，输出端分别连接第次雷达本振环、第二一次雷达本振环；所述第一一次雷达本振环、第二一次雷达本振环的输出端分别通过一个微波开关连接到第一二选一微波开关的接头上，该第一二选一微波开关再与第二功分器输入端连接； 第二功分器一个输出端与调制器、放大器顺次连接，输出调制信号，另一个输出端连接一个微波开关后连接第二二选一微波开关的一个接头，所述第二二选一微波开关的另一个接头则通过一个微波开关连接二次雷达本振环，所述第二二选一微波开关输出本振信号。
2.如权利要求1所述的低相噪低杂散快捷变微波频率合成器，其特征在于，所述第一一次雷达本振环、第二一次雷达本振环构造相同:均包含衰减器、压力振荡器、鉴相器、环路滤波器、单片机；所述单片机与鉴相器输入端连接，用于提供工作频控码；所述鉴相器与环路滤波器、压控振荡器、衰减器顺次连接构成回路，环路滤波器的输出端连接衰减器，所述衰减器与一个微波开关连接。
3.如权利要求1或2所述的低相噪低杂散快捷变微波频率合成器，其特征在于，所述第次雷达本振环和/或第二一次雷达本振环第次雷达本振环、第二一次雷达本振环、二次雷达本振环置于不同的金属隔离腔体。
4.如权利要求1或2所述的低相噪低杂散快捷变微波频率合成器，其特征在于，还包括若干下部具有凹槽的隔条，各个微波开关和/或各个二选一微波开关置于其对应的隔条的凹槽中。
5.如权利要求1所述的低相噪低杂散快捷变微波频率合成器，其特征在于，鉴相器的相位噪声估算值公式为:
PN=Pfioor+20 logN+101ogFr 其中:PN为相位噪声估算值；Ptjara为晶振的相位噪声； N为倍频数；PfloOT为鉴相器相位噪声基底；Fr为鉴相频率。
6.如权利要求1所述的低相噪低杂散快捷变微波频率合成器，其特征在于，鉴相器的相位噪声估算值公式为:
PN=Pfioor+20 logN+101ogFr 其中:PN为相位噪声估算值；Ptjara为晶振的相位噪声； N为倍频数；Pfl00T为鉴相器相位噪声基底；Fr为鉴相频率。
【文档编号】H03L7/16GK103888134SQ201410140234
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】冯江华 申请人:四川九洲电器集团有限责任公司