专利名称：一种甚高频频率合成器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于甚高频频率合成器结构的改进，涉及用于精密信号源的产生及科学试验，计量测试和通讯等相应应用领域。
现有频率合成器中大多采用基本单环锁相电路，其原理是，环路锁定后，输出频率f＝Nfr，fr为参考频率，当fr一定时，改变可变分频器的分频比就可改变输出频率f，这里为提高合成器输出频率的分辨率应选择较低的信号作为鉴相信号，这必然会引起输出信号短期稳定度的降低，导致环路的不正常工作，所以实际鉴相信号不易选择的过低，因此该频率合成器存在着分辨率较低、信号的频率稳定度较差等缺点。
本实用新型的目的在于提供一种输出信号分辩率受环路影响小，综合分辩力较高，频率稳定度好的甚高频频率合成器，该合成器能够解决可变分频器工作速度的限制，实现两档步距的控制。
为实现上述目的本实用新型是以如下技术方案实现的，它是由两个锁相环电路组成，第一锁相环电路由混频器、鉴相器和集成压控振荡器联接组成，第二锁相环电路由鉴相器、分频器、可编程分频器以及低噪声场效应晶体管LC振荡器联接而成。在第二锁相环电路中晶体参考产生的本振信号经分频器分频后作为其鉴相器的一个输入，低噪声场效应晶体管LC振荡器的输出信号经分频器和可编程分频器分频后作为鉴相器的另一输入，鉴相结果控制低噪声场效应晶体管LC振荡器的振荡频率，完成其控制范围的信号合成；在第一锁相环电路中，晶体参考本振信号与集成压控振荡器输出信号在混频器中混频后，又与第二锁相环中分频器的输出信号在其鉴相器中进行比较鉴相，鉴相结果用来控制集成压控振荡器的振荡频率，从而完成与晶体参考本振信号的相加，输出最终合成信号。
在第二锁相电路中，低噪声场效应晶体管LC振荡器中联接有低噪声的场效应管D′和结电容小且电调率变化大的变容二极管D1′以及具有正负温度系数的反馈电容C3′。
第二锁相环电路中，可编程分频器采用变模分频技术，其线路是由ECL电路和TTL电路混合组成，其中速度相对慢一些的TTL可编程计数器控制ECL电路中的双模数前置分频器。
本实用新型与现有技术相比，采用了低噪声场效应晶体管LC振荡器，它具有噪声低、振荡频率高、范围大、温度变化对电路参数影响小的特点，提高了合成器的稳定度；由于本实用新型的总输出信号分辩率等于第一锁相环电路的分辩率，其输出信号受环路影响小，第二锁相环电路使输出频率步距缩小，从而提高了合成器的分辩力；又由于本实用新型还采用了变模分频技术，解决了可变分频器工作速度的限制，实现了自动锁定上调和下调频率以及两档步距的控制，因此具有频率综合分辩力高，信号频率稳定度优的特点。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明
图1是本实用新型工作原理方框图；图2是本实用新型第一锁相环电路图；图3是本实用新型第二锁相环电路中低噪声场效应晶体管LC振荡器的电路图；图4是本实用新型第二锁相环电路中可编程分频器电路图。
参见图1，本实用新型是由两个锁相环电路组成，第一锁相环电路由混频器2、鉴相器3和集成压控振荡器VCO1联接而成，第二锁相环电路由分频器5、6，可编程分频器7、鉴相器4以及低噪声场效应晶体管LC振荡器VCO2联接而成。在第二锁相环电路中晶体参考1产生96MHZ的本振信号，经分频器6的960K分频后作为鉴相器4的一个输入，低噪声场效应晶体管LC振荡器VCO2的振荡频率为33～47MHZ，其输出信号经分频器5进行10分频，可编程分频器7进行33000～47000分频后作为鉴相器4的另一输入，其鉴相结果控制VCO2的振荡频率，完成其控制范围为3.3～4.7，分频率为100MHZ的信号合成；在第一锁相环电路中晶体参考本振信号96MHZ与集成压控振荡器VCO1的输出信号在混频器2中混频后，又与分频器5经10分频后的输出信号在鉴相器3中进行比较鉴相，鉴相结果用来控制集成压控振荡器VCO1的振荡频率，其频率为99.3～100.7MHZ，从而完成与参考晶振信号的相加，输出最终合成信号fo。
这里，fo＝96MHZ+fL＝96MHZ+(3.3～4.7)MHZ＝(99.3～100.7)MHZ，式中fL为第二锁相环的输出频率。
从以上得出，本实用新型总合成输出信号的分辩率等于第一锁相环的分辩率，总输出频率的稳定度等于第一锁相环的频率稳定度fL/fo，由fL/fo＝(3.32～4.67)％，这可大大改善环路一对总输出频率稳定度的影响；反过来说，当系统输出频率稳定度的技术要求给定时，对第一锁相环分系统技术要求可降低，从而改善了对它的设计限制，使得它的实现比较容易。
参看图2，在第一锁相环电路中，其输出频率为99.3～100.7MHZ，混频器2采用双平衡模拟乘法器MC1496，以加强不必要的寄生输出抑制。鉴相器3采用T4044集成块，集成压控振荡器VCO1采用E1648，其振荡频率为99.3～100.7MHZ，在混频器2之前设置有为其提供最佳混频特性的驱动电平和为其两个输入端口之间提供一定隔离度的隔离放大器8，隔离放大器8是由共发—共基电路组成，这种电路具有单向器件的特性，反向传输系数为零，所以其输出信号反馈到输入端是很微弱的。
参看图3，在第二锁相环电路中低噪声场效应晶体管LC振荡器VCO2的振荡频率为33～47MHZ，其电路中联接有低噪声的场效应管D′和结电容小且电调率变化大的变容二极管D1′以及具有正负温度系数的反馈电容C3′，该振荡器VCO2的振荡频率高，振荡频率范围大，具有良好的负载相关性和良好的温度特性以及较低的噪声，并可减小由温度变化所引起的电路参数的变化，另外还具有独立的电源供电，可提高振荡器的稳定度。
参看图4，第二锁相环电路中的可编程分频器7采用变模分频技术，其线路是由ECL电路U18～U20和TTL电路U13～U17混合组成。图中U1采用74LS132，U2和U3及U4采用74LS74，U5SU6采用74LS00，U7采用74LS20，U8至U12采用74LS190，U18和U20采用E12012，U19采用E12014，U13至U17采用T4016，E12012是数字锁相环中使用可变模预置分频系统的一部分，它与一般环路不同之点仅在于环路的回授途中接一个可编程计数器，因而能使压控振荡器VCO2的输出频率经分频后，再加到鉴相器4同参考频率进行比较。
由于采用了可编程计数器，从而使分频比可变，即可改变该合成器的输出信号频率，进而达到信道选择的目的。由于振荡器的频率较高而一般可编程分频器的速度又不可胜任，势必要在它前面加一个固定分频进行予置，但随之将产生因鉴相频率压的很低而出现的加重低通滤波器负担，使鉴相频率和其谐波难以滤除以及环路带宽下降、捕捉带窄、难以锁定和差频衰减大、易失锁，使振荡器内部噪声增大等缺点，故采用变模分频技术是使双模数前置分频器E12012被速度相对慢一些的TTL可编程计数器T4016所控制。它可直对高频进行预分频，其速度决定了分频器的速度，而在分辩率方面不会有任何损失。
可编程分频器7的外围联接有控制电路9，使可逆计数器在加减两个方向上以每步为1或200的增量加以改变，这对应于本合成器输出频率向上或向下以增量为100HZ的一个变化，从而实现了两档步距的控制；可编程分频器7的外围在规定的可逆计数器计数范围的两端33000和47000处，设置有自动锁定电路11，当可逆计数器达到33000和47000时电路产生阻止信号，同时封锁可逆计数器，当向下和向上调整时可逆计数器不起作用，从而保证了这个范围内合成器的正常工作。为了减少外界对电路的干扰，除采用严格的电磁屏蔽措施外，还对两个振荡器VCO1和VCO2进行单独供电，减少电源之间的相互干扰，以保证输出信号的质量。本实施例的测试结果为输出频率范围99.3～100.7MHZ，频率稳定度优于1×10-10/3，频率调整粗同步间距20KHZ，细同步间距100HZ。
权利要求1.一种甚高频频率合成器，是由两个锁相环电路组成，其特征在于，第一锁相环电路由混频器(2)、鉴相器(3)和集成压控振荡器VCO1联接而成，第二锁相环电路由鉴相器(4)、分频器(5、6)、可编程分频器(7)以及低噪声场效应晶体管LC振荡器VCO2联接而成；在第二锁相环电路中晶体参考(1)产生的本振信号经分频器(6)分频后作为鉴相器(4)的一个输入，低噪声场效应晶体管LC振器VCO2的输出信号经分频器(5)、可编程分频器(7)分频后作为鉴相器(4)的另一输入，其鉴相结果控制低噪声场效应晶体管LC振荡器VCO2的振荡频率，完成其控制范围的信号合成；在第一锁相环电路中，晶体参考(1)本振信号与集成压控振荡器VCO1输出信号在混频器(2)中混频后，又与分频器(5)的输出信号在鉴相器(3)中进行比较鉴相，鉴相结果用来控制集成压控振荡器VCO1的振荡频率，从而完成与晶体参考本振信号的相加，输出最终合成信号fo。
2.根据权利要求1所述的合成器，其特征在于，第二锁相环电路中，低噪声场效应晶体管LC振荡器VCO2中联接有低噪声的场效应管D′和结电容小且电调率变化大的变容二极管D1′以及具有正负温度系数的反馈电容C3′。
3.根据权利要求1所述的合成器，其特征在于，第一锁相环电路中混频器(2)采用双平衡模拟乘法器，在混频器(2)之前设置有为其提供最佳混频特性的驱动电平和为混频器(2)两个输入端口之间提供一定隔离度的隔离放大器(8)，隔离放大器(8)是由共发—共基电路组成。
4.根据权利要求1所述的合成器，其特征在于，可编程分频器(7)采用变模分频技术，其线路是由ECL电路(U18～U20)和TTL电路(U13～U17)混合组成，其中速度相对慢一些的TTL可编程计数器(U13～U17)控制ECL电路中的双模数前置分频器(U18、U20)。
5.根据权利要求1或4所述的合成器，其特征在于，所述的可编程分频器(7)中，信道的选择采用可逆计数器控制，同时可编程分频器(7)的外围联接有控制电路(9)使可逆计数器在加减两个方向上按每步增量加以改变，并在规定的可逆计数器计数范围的两端设置有自动锁定电路(11)。
专利摘要本实用新型涉及一种用于精密信号源的产生及科学试验、计量测试和通讯等应用领域的甚高频频率合成器,是由两个锁相环电路组成,采用了低噪声场效应晶体管LC振荡器及可编程分频器,应用变模分频技术解决了可变分频器工作速度的限制,实现了自动锁定上调和下调频率及两档步距的控制。具有综合频率分辨率高、信息频率稳定度好的特点,可广泛应用于甚高频应用技术领域。
文档编号H03B21/00GK2299423SQ9723960
公开日1998年12月2日 申请日期1997年5月12日 优先权日1997年5月12日
发明者王丹妮, 陈淑芳, 边玉敏 申请人:中国科学院陕西天文台