VHF波段双频输出的微封装锁相源和电子设备的制作方法

vhf波段双频输出的微封装锁相源和电子设备
技术领域
1.本发明涉及锁相源技术领域，具体涉及一种vhf波段双频输出的微封装锁相源和电子设备。


背景技术：

2.锁相源作为频率源的一种，是电子设备如雷达、通讯设备等先进设备的基本信号来源。随着科技的发展，目前，雷达、通讯设备等先进电子设备的向微型化方向发展。
3.对于复杂的电子设备而言，开发能同时工作在两个乃至多个频段的锁相源能够缩小其电路面积，有利于电子设备的微型化发展。
4.然而，两个频段的锁相源中的两路信号之间容易产生互扰，导致杂散过高。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种vhf波段双频输出的微封装锁相源和电子设备，解决了现有的两个频段的锁相源中的两路信号之间容易产生互扰的技术问题。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
9.第一方面，本发明提供一种vhf波段双频输出的微封装锁相源，包括：锁相环路、二功分器、第一信号产生电路和第二信号产生电路；
10.所述二功分器将所述锁相环路产生的点频信号分频成第一点频信号和第二点频信号；
11.所述第一信号产生电路对第一点频信号进行分频、放大、滤波后对外输出；
12.所述第二信号产生电路对第二点频信号进行分频、放大、滤波后对外输出；
13.其中，第一信号产生电路中包括高通滤波器，第二信号产生电路中包括低通滤波器。
14.优选的，所述第一信号产生电路为200mhz信号产生电路，包括依次相连的四分频器、第一低噪声放大器和hfcn-180贴片型高通滤波器。
15.优选的，所述第二信号产生电路为100mhz信号产生电路，包括依次相连的八分频器、第二低噪声放大器和lfcn-80贴片型低通滤波器。
16.优选的，所述四分频器采用bw441型芯片；
17.和/或
18.所述第一低噪声放大器采用bw306型芯片。
19.优选的，所述八分频器采用bw442型芯片；
20.和/或
21.所述第二低噪声放大器采用bw306型芯片。
22.优选的，所述锁相环路为800mhz锁相环路，其包括依次相连的鉴频鉴相器、环路滤
波器和压控振荡器。
23.优选的，所述锁相环路、二功分器、第一信号产生电路和第二信号产生电路封装在微封装盒体中，微封装盒体的尺寸为28mm
×
20mm
×
5mm。
24.优选的，所述微封装盒体采用四个区域的分腔布局，锁相环路、二功分器、第一信号产生电路和第二信号产生电路分别布局在四个区域中。
25.优选的，第一信号产生电路的输出信号的频率为200mhz，信号输出功率≥10dbm，杂波抑制≤-65dbc，相位噪声≤-111dbc/hz@1khz；
26.和/或
27.第二信号产生电路的输出信号的频率为100mhz，信号输出功率≥10dbm，杂波抑制≤-65dbc，相位噪声≤-117dbc/hz@1khz。
28.第二方面，本发明提供一种电子设备，包括如上述所述的vhf波段双频输出的微封装锁相源。
29.(三)有益效果
30.本发明提供了一种vhf波段双频输出的微封装锁相源和电子设备。与现有技术相比，具备以下有益效果：
31.本发明的一种vhf波段双频输出的微封装锁相源，包括：锁相环路、二功分器、第一信号产生电路、第二信号产生电路；所述二功分器将所述锁相环路产生的点频信号分频成第一点频信号和第二点频信号；所述第一信号产生电路对第一点频信号进行分频、放大、滤波后对外输出；所述第二信号产生电路对第二点频信号进行分频、放大、滤波后对外输出；其中，第一信号产生电路中包括高通滤波器，第二信号产生电路中包括低通滤波器。本发明的双频信号共单锁相环设计，具有降低硬件成本的优点；同时本发明的两路信号分别进行高通滤波和低通滤波设计，降低了两路信号之间的互扰、提高了杂散抑制度。
附图说明
32.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。
33.图1是vhf波段双频输出的微封装锁相源电原理框图；
34.图2是vhf波段双频输出的微封装锁相源外形示意图；
35.图3是800mhz锁相环路电原理框图；
36.图4是环路滤波器电路图；
37.图5是环路滤波器的开环增益和相位裕度仿真曲线；
38.图6是2274mhz锁相电路相位噪声仿真曲线。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
40.本技术实施例通过提供一种vhf波段双频输出的微封装锁相源和电子设备，解决了现有的两个频段的锁相源中的两路信号之间容易产生互扰的技术问题，实现降低了两路信号之间的互扰、提高了杂散抑制度。
41.本技术实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
42.微型化、集成化、低相噪和高频谱纯度是现代先进电子系统频率源重点研究方向，其中相位噪声对现代雷达的动目标检测性能和无线通信系统稳定性都有重要影响。对于复杂的电子设备而言，开发能同时工作在两个乃至多个频段的锁相源能够缩小其电路面积，有利于电子设备的微型化发展。本发明实施例两路信号分别进行高通滤波和低通滤波设计，降低了两路信号之间的互扰、提高了杂散抑制度。
43.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
44.本发明实施例提供一种vhf波段双频输出的微封装锁相源，如图1所示，其包括：锁相环路、二功分器、第一信号产生电路、第二信号产生电路；
45.所述二功分器将所述锁相环路产生的点频信号分频成第一点频信号和第二点频信号；
46.所述第一信号产生电路对第一点频信号进行分频、放大、滤波后对外输出；
47.所述第二信号产生电路对第二点频信号进行分频、放大、滤波后对外输出；
48.其中，第一信号产生电路中包括高通滤波器，第二信号产生电路中包括低通滤波器。
49.本发明实施例的双频信号共单锁相环设计，具有降低硬件成本的优点；同时本发明实施例的两路信号分别进行高通滤波和低通滤波设计，降低了两路信号之间的互扰、提高了杂散抑制度。
50.下面对本发明实施例进行详细描述：
51.本发明实施例的锁相环路、二功分器、第一信号产生电路、第二信号产生电路封装在微封装盒体中，其外形尺寸示意图如图2所示。
52.需要说明的是，本发明实施例中锁相环为800mhz锁相环路，第一信号产生电路为200mhz信号产生电路，第二信号产生电路为100mhz信号产生电路。
53.锁相环路：
54.本发明实施例中的锁相环路为800mhz锁相环路，是基基于相位负反馈方式的闭环系统，其主要由鉴频鉴相器(pd)、环路滤波器(lpf)、压控振荡器(vco)构成，环路对输入参考信号与vco信号进行比相，输出相位误差信号，该相位误差信号经过lpf滤除高频分量后加到vco上，使vco频偏逐渐向参考信号频偏靠拢，一旦两者相对频偏相等，环路就能稳定下来，达到锁定跟踪的目标。锁相环路电原理框图如图3所示。
55.鉴频鉴相器(pd)的作用是检测参考信号相位与vco输出信号之间的相位差，从而输出两者之间的相位误差信号。本发明采用peregrine公司的pe33241作为锁相环路的鉴频鉴相器。
56.环路滤波器(lpf)具有低通特性，可以滤除相位误差信号中的高频分量，得到稳定的控制电压并加到vco上，对锁相环路的各项性能指标都有明显的影响。lpf主要有无源滤
波器和有源滤波器两类，为取得比较低的相位噪声，本发明选择无源滤波器，其电路图如图4所示。设计环路滤波器时需要考虑环路滤波器的相位裕度、环路带宽、滤波器阶数、滤波器的阻抗与开环增益等参数。本发明环路滤波器的相位裕度70度、环路带宽200khz、2阶环路、50ω阻抗，最终开环增益和相位裕度仿真曲线如图5所示。
57.压控振荡器(vco)是一个电压到频率变换的器件，它可以将直流电转变为具有一定频率信息的交流信号。本发明采用z～comm公司的clv0800a作为锁相环路的压控振荡器，其仅在800mhz频率处单点振荡。
58.基于以上元器件选型和电路仿真设计的800mhz锁相环路相位噪声仿真曲线如图6所示。
59.二功分器：
60.vco输出的800mhz点频信号经二功分后，分别送给两路分频器进行分频。选择频率覆盖点频800mhz的微型贴片二功分器，本发明实施例选择国基北方公司的bw510型gaas单片集成0度二功分器，其在dc～40ghz的频率范围具有较低的插损和优良的端口驻波特性，隔离度大于15db。
61.200mhz信号产生电路：
62.对功分之后的一路800mhz信号4分频，产生200mhz频率信号，经放大滤波后对外输出。本发明实施例选择国基北方公司的bw441型四分频器，bw441是一款gaas单片机成低相噪静态四分频器芯片，工作频率范围dc～12ghz，在+5v工作电压下，bw441的输出功率达-3dbm，其基本电性能如表1所示。本发明实施例选择国基北方公司的bw306型单片低噪声放大器，bw306是一款工作于0.1～20ghz的gaas单片集成低噪声放大器芯片，其在50ma工作电流下，可提供15db的增益和13dbm的p1db输出功率，噪声系数典型值为3db，其基本电性能如表2所示。本发明实施例选择mini公司的hfcn-180贴片型高通滤波器滤除200mhz以下的低频杂波，尤其滤除另一路通过空间耦合过来的100mhz信号，其对100mhz的抑制达到49.7db。
63.表1四分频器bw441基本电性能
64.电性能表(ta＝+25℃，vcc＝+5v)
[0065][0066]
表2放大器bw306基本电性能
[0067]
电性能表(ta＝+25℃，50ωsystem，vdd＝+5v，调整vgg＝+0.45v(典型值)，使idd＝50ma)
[0068][0069]
[1]芯片均经过在片100％直流与rf测试
[0070]
100mhz信号产生电路：
[0071]
对功分之后的一路800mhz信号8分频，产生100mhz频率信号，经放大滤波后对外输出。本发明实施例选择国基北方公司的bw442型八分频器，bw442是一款gaas单片机成低相噪静态八分频器芯片，工作频率范围dc～12ghz，在+5v工作电压下，bw442的输出功率达-3dbm，其基本电性能如表3所示。本发明实施例选择国基北方公司的bw306型单片低噪声放大器，bw306是一款工作于0.1～20ghz的gaas单片集成低噪声放大器芯片，其在50ma工作电流下，可提供15db的增益和13dbm的p1db输出功率，噪声系数典型值为3db。本发明实施例选择mini公司的lfcn-80贴片型低通滤波器滤除100mhz以上的高频杂波，尤其滤除另一路通过空间耦合过来的200mhz信号，其对200mhz的抑制达到约33db。
[0072]
表3八分频器bw442基本电性能
[0073]
电性能表(ta＝+25℃，vcc＝+5v)
[0074][0075]
所述微封装盒体采用4j29合金材质，盖板与盒体采用平行缝焊密封焊接；引脚采用玻璃绝缘子引出，玻璃绝缘子焊接于盒体侧壁保证了盒体密封性；盒体外表面全部镀金，便于使用时大面积焊接和散热。封装的外形如图2所示，引脚说明如下：1-悬空；2-参考输入端；3-锁定指示输出端；4-dc+5v；5-100mhz输出端；6-悬空；7-200mhz输出端；8-dc+5v。
[0076]
需要说明的是，本发明实施例中，微封装盒体整体上采用分腔布局，根据图1电原理框图区域划分为四个区域，用以提高各功能单元隔离度降低频率互扰。
[0077]
本发明实施例测试结果如下表4所示。
[0078]
表4本发明实施例的实测结果表
[0079][0080]
本发明还提供一种电子设备，包括如上述所述的vhf波段双频输出的微封装锁相源。
[0081]
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0082]
1、本发明实施例的双频信号共单锁相环设计，具有降低硬件成本的优点；同时本发明实施例的两路信号分别进行高通滤波和低通滤波设计，降低了两路信号之间的互扰、提高了杂散抑制度。
[0083]
2、本发明实施例的100mhz和200mhz信号基于锁相+分频的微型化共模块设计，降低了功耗和体积，提高了组件集成度。同时，电路封装在同一微封装盒体中，实现微型封装结构，适用于微型化的应用场景。同时，vhf波段双频输出的微封装锁相源整体上采用分腔布局，根据图1电原理框图区域划分为四个区域，用以提高各功能单元隔离度降低频率互扰。
[0084]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0085]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。