一种基于光电振荡器的宽带低相噪频率合成器及方法与流程

本发明涉及一种基于光电振荡器的宽带低相噪频率合成器及方法，属于频率合成器技术领域。

背景技术

微波频率合成器广泛应用于仪器仪表、遥控遥测通讯、雷达、电子对抗、导航以及广播电视等军民用途各个领域，被誉为电子系统“心脏”，直接影响电子系统的性能参数。随着电子系统性能的不断提升，对频率合成器的指标尤其是相位噪声的要求越来越高，甚至成为系统性能提升的瓶颈。例如，雷达系统中频率合成器的相位噪声制约着雷达系统对低空、慢速、小型、隐身目标的探测能力。

传统的频率合成方法，最终输出信号的相位噪声可以用工程经验公式进行计算（参考源本底噪声+20lgn+3），如用目前最好的高精度晶体振荡器，其相位噪声指标为-165dbc/hz偏移载波10khz，计算得到在10ghz载波信号其相位噪声为-122dbc/hz。只有改变传统的频率合成方式，才有可能突破这一理论极限值。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于光电振荡器的宽带低相噪频率合成器及方法，将光电振荡器作为参考电路的核心，利用微波光子学的理论，产生低相噪的高频准频率，再利用电子学的频率合成技术，通过多级内插锁相进行鉴相的方式，在扩展带宽的同时，尽量降低器件的本底相位噪声对输出信号相噪指标的影响，以突破传统频率合成器相位噪声的理论极限，解决其带宽窄、相位噪声大的问题。

本发明的技术方案是：一种基于光电振荡器的宽带低相噪频率合成器，包括参考电路，所述参考电路输出的信号通过第一功分器分成两路，其中，

第一路与第一分频器的输入端连接，第一分频器的输出端与第一开关滤波组件的输入端连接，第一开关滤波组件的输出端与第一混频器的射频端连接，第一混频器的中频端与第一滤波器的输入端连接；

第二路与第n分频器的输入端连接，第n分频器的输出端与第n开关滤波组件的输入端连接，第n开关滤波组件的输出端与鉴相器的参考信号输入端连接；

第一滤波器的输出端与鉴相器的射频信号输入端连接，鉴相器的电荷泵输出通过开关环路滤波器组件后连接到压控振荡器的电压调谐端，压控振荡器输出的射频信号通过第二功分器分成两路，其一路与第一混频器的本振端连接，另一路作为频率合成器的输出信号；

在第一路上的第一功分器与第n分频器间、以及第二路上的第一滤波器与鉴相器间设有依次相连的n-1个分频内插锁相单元，所述n≥2。

所述分频内插锁相单元包括分频器、混频器和滤波器和开关滤波组件，其中，分频器的输出端与开关滤波组件的输入端连接，而开关滤波组件的输出端与混频器的射频端连接，混频器的中频端与滤波器的输入端连接；所述分频内插锁相单元中的分频器的输入端用于与第一功分器或上一个分频内插锁相单元中的分频器的输出端连接，分频器的输出端用于与下一个分频内插锁相单元中的分频器的输入端或第n个分频器的输入端连接，所述分频内插锁相单元中的混频器的本振端用于与第一滤波器或上一个分频内插锁相单元中的滤波器的输出端连接，滤波器的输出端用于与下一个分频内插锁相单元中的混频器的本振端或鉴相器的射频信号输入端连接。

所述参考电路包括光电振荡器，其输出信号通过功分器a分成两路，其中一路与混频器的本振端连接，另一路与分频器的输入端连接，分频器的输出端与dds的参考输入端连接，dds的输出端与鉴相器的参考信号输入端连接，鉴相器的电荷泵输出通过环路滤波器后连接到压控振荡器的电压调谐端，压控振荡器输出的信号通过功分器b分成两路，其一路与混频器的射频端连接，另一路作为参考电路的输出信号，混频器的中频端与低通滤波器的输入端连接低通滤波器的输出端与鉴相器的射频信号输入端连接。

所述光电振荡器的频率为10ghz。

本发明的有益效果是：本发明通过微波光子学与电子学相结合的途径，利用微波光子学的理论，将光电振荡器作为基准，通过与dds进行内插锁相的方法，产生具有一定带宽的参考信号，再利用电子学的频率合成技术，将该参考信号进行多次分频，采用多级内插锁相的技术，适当的选择各分频器输出的基波信号或n次谐波信号进行运算，在扩展工作带宽的同时，尽量降低器件本底噪声对信号相位噪声的影响。本发明改变了传统的通过倍频、混频等方式将频率从低往高扩展的方式，将高频的基准信号通过分频、混频的方式将频率从高往低扩展，可以极大的改善输出信号的相噪指标，甚至突破传统频率合成方式能达到的理论极限。通过采用多级内插锁相技术，极大的扩展了输出信号的频率带宽，实现宽带低相噪的频率合成。

附图说明

图1为频率合成器的原理图；

图2是是参考电路的原理图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对发明进行进一步介绍：

请参阅图1，根据本发明一种基于光电振荡器的宽带低相噪频率合成器，包括参考电路，参考电路输出的信号通过第一功分器分成两路，其中，

第一路与第一分频器的输入端连接，第一分频器的输出端与第一开关滤波组件的输入端连接，第一开关滤波组件的输出端与第一混频器的射频端连接，第一混频器的中频端与第一滤波器的输入端连接；

第二路与第n分频器的输入端连接，第n分频器的输出端与第n开关滤波组件的输入端连接，第n开关滤波组件的输出端与鉴相器的参考信号输入端连接；

第一滤波器的输出端与鉴相器的射频信号输入端连接，鉴相器的电荷泵输出通过开关环路滤波器组件后连接到压控振荡器的电压调谐端，压控振荡器输出的射频信号通过第二功分器分成两路，其一路与第一混频器的本振端连接，另一路作为频率合成器的输出信号；

在第一路上的第一功分器与第n分频器间、以及第二路上的第一滤波器与鉴相器间设有依次相连的n-1个分频内插锁相单元，所述n≥2。

优选地，每个分频内插锁相单元包括分频器、混频器和滤波器和开关滤波组件，其中，分频器的输出端与开关滤波组件的输入端连接，而开关滤波组件的输出端与混频器的射频端连接，混频器的中频端与滤波器的输入端连接。每个分频内插锁相单元中的分频器的输入端用于与第一功分器或上一个分频内插锁相单元中的分频器的输出端连接，分频器的输出端用于与下一个分频内插锁相单元中的分频器的输入端或第n个分频器的输入端连接，即第一个分频内插锁相单元的分频器的输入端与第一功分器的输出端连接，而后续分频内插锁相单元的分频器的输入端与上一个分频内插锁相单元中的分频器的输出端连，而最后一个分频内插锁相单元的分频器的输出端与第n个分频器的输入端连接；所述分频内插锁相单元中的混频器的本振端用于与第一滤波器或上一个分频内插锁相单元中的滤波器的输出端连接，滤波器的输出端用于与下一个分频内插锁相单元中的混频器的本振端或鉴相器的射频信号输入端连接，即第一个分频内插锁相单元的混频器的本振端与第一滤波器的输出端连接，而后续分频内插锁相单元的混频器的本振端与上一个分频内插锁相单元中的滤波器的输出端连，而最后一个分频内插锁相单元的滤波器的输出端则与鉴相器的射频信号输入端连接。

参考图2，优选地，参考电路包括光电振荡器，其输出信号通过功分器a分成两路，其中一路与混频器的本振端连接，另一路与分频器的输入端连接，分频器的输出端与dds的参考输入端连接，dds的输出端与鉴相器的参考信号输入端连接，鉴相器的电荷泵输出通过环路滤波器后连接到压控振荡器的电压调谐端，压控振荡器输出的信号通过功分器b分成两路，其一路与混频器的射频端连接，另一路作为参考电路的输出信号，混频器的中频端与低通滤波器的输入端连接低通滤波器的输出端与鉴相器的射频信号输入端连接。优选地，光电振荡器的频率为10ghz，具有较高的相噪指标，它输出的信号与dds进行内插锁相后，可以获得具有一定带宽的低相噪参考信号。

在一个例子中，参考电路选用的鉴相器型号为hmc3716，压控振荡器型号为maoc-009265，dds型号为ad9910。频率合成器电路中选用的鉴相器型号为adf4002，压控振荡器型号为maoc-410100。混频器、滤波器等型号根据频率范围进行选择。

参考电路输出的信号通过多次分频、多级内插锁相的方式扩展输出带宽。每个分频器输出端连接的开关滤波器组可对分频器输出的基波信号及n次谐波信号进行选择，通过合理的选择分频器输出的基波频率、n次谐波频率，将各个分频器输出的信号进行运算，可以实现较宽带宽的频率覆盖范围。在一个例子中，n为4，即有三级分频内插锁相单元，也可根据需要选择其它数量的分频内插锁相单元。

基于光电振荡器的频率合成方式，结合了微波光子学与电子学理论，改变了传统频率合成将低频信号通过倍频、混频向高频扩展的方法，利用相位噪声指标较高的光电振荡器作为基准，将高频信号通过分频、混频向低频扩展，根据工程经验公式参考源本底噪声+20lgn+3，分频时n值小于1（应当理解的是，此处n与本发明频率合成器中的n不是同一个），此时相位噪声指标只受各类器件的本底噪声影响，可以突破传统频率合成方式的理论极限。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。