一种超宽带低相噪低杂散频率合成器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种超宽带低相噪低杂散频率合成器，包括低相噪恒温晶体振荡器，低相噪恒温晶体振荡器与第一功率分配器连接，第一功率分配器的与第二功率分配器之间连接第一四倍频电路，第一功率分配器与第一混频电路之间连接低频频综电路，第一混频电路与第二功率分配器之间连接第二四倍频电路，第一混频电路与第二混频电路之间依次连接可变除法器和第一滤波电路，第二混频电路与第二功率分配器连接，第二混频电路依次连接第二滤波电路、梳状谱信号发生电路和电调滤波器，单片机分别与低频频综电路、可变除法器和数字电位器连接，数字电位器与每一个电调滤波器连接。与现有技术相比，本实用新型体积小、成本低、调试难度小、控制精度和可靠性高。
【专利说明】
一种超宽带低相噪低杂散频率合成器
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种超宽带低相噪低杂散频率合成器。
【背景技术】
[0002]频率合成器是现代电子系统的重要组成部分，频率合成器的性能直接关系到整个系统的性能，如通信误码率、通信抗干扰能力、雷达扫描精度、卫星定位精度等。因此，频率合成器是决定电子系统性能的关键设备，被称为电子系统的“心脏”。在通信、雷达、导航等设备中，频率合成器既是发射机的激励源，又是接收机的本地振荡器，在电子测量设备中，频率合成器又可作为标准信号源。
[0003]随着科技的发展，现代电子系统对频率合成器的带宽，低相噪，低杂散等性能要求越来越高。目前国内外对超宽带低相噪低杂散频率合成器的研究主要集中在直接式模拟频率合成器和间接式锁相环频率合成器两个方向。
[0004]直接式模拟频率合成器的优点是频率转换速度快，带宽较宽，相位噪声性能好。但是由于采用了大量的混频、滤波电路，需要复杂的屏蔽、消除电磁干扰等措施，电路结构复杂、功耗大、体积大、成本高、研制调试困难。
[0005]间接式锁相环频率合成器电路简单可靠，功耗低，但频率分辨率与频率切换速度之间相互矛盾，如果要提高切换速度，就必须牺牲分辨率，同时为了达到低相噪，低杂散的目标，必须采用多个压控振荡器，增加了体积、成本和调试难度。
[0006]因此，有必要提供一种新的频率合成器来解决上述问题。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于提供一种体积小、成本低、调试难度小、控制精度和可靠性高的超宽带低相噪低杂散频率合成器。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0009]—种超宽带低相噪低杂散频率合成器，包括微处理器、数字电位器、低相噪恒温晶体振荡器、第一功率分配器、第二功率分配器、第一四倍频电路、第二四倍频电路、低频频综电路、第一混频电路、第二混频电路、可变除法器、第一滤波电路、第二滤波电路、梳状谱信号发生电路和至少一个电调滤波器，所述低相噪恒温晶体振荡器的输出端与所述第一功率分配器的输入端连接，所述第一功率分配器的第一输出端与所述第二功率分配器的输入端之间连接所述第一四倍频电路，所述第一功率分配器的第二输出端与所述第一混频电路的第一输入端之间连接所述低频频综电路，所述第一混频电路的第二输入端与所述第二功率分配器的第一输出端之间连接所述第二四倍频电路，所述第一混频电路的输出端与所述第二混频电路的第一输入端之间依次连接所述可变除法器和所述第一滤波电路，所述第二混频电路的第二输入端与所述第二功率分配器的第二输出端连接，所述第二混频电路的输出端依次连接所述第二滤波电路、所述梳状谱信号发生电路和所述电调滤波器，所述微处理器分别与所述低频频综电路、所述可变除法器和所述数字电位器连接，所述数字电位器与每一个所述电调滤波器连接。
[0010]优选的，所述低频频综电路包括锁相环电路、环路滤波器、低相噪压控振荡器和第三功率分配器，所述锁相环电路的第一输入端与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述锁相环电路的第二输入端与所述微处理器连接，所述锁相环电路的第三输入端与所述第三功率分配器的第一输出端连接，所述锁相环电路的输出端与所述第三功率分配器的输入端之间依次连接所述环路滤波器和所述低相噪压控振荡器，所述第三功率分配器的第二输出端与所述第一混频电路的第一输入端连接。
[0011 ]优选的，所有所述电调滤波器串联连接。
[0012]优选的，所述电调滤波器设有两个。
[0013]优选的，所述微处理器包括单片机。
[0014]优选的，所述频率合成器还包括外部控制接口，所述外部控制接口与所述微处理器连接以将接收到的外部控制信号输入至所述微处理器。
[0015]与现有技术相比，本实用新型超宽带低相噪低杂散频率合成器的有益效果在于:
[0016](I)本方案采用晶振信号倍频之后与低频信号混频之后再进行除频，得到超低相噪的低频信号，与单环锁相环频率合成器相比，相噪非常低，与直接数字频率合成器相比，杂散非常低。
[0017](2)本方案采用超低相噪低频信号经过梳状谱信号发生电路，取其谐波的方法来代替传统直接模拟频率合成器中多个倍频器，大大降低了体积，同时能获得低相噪的宽带高频信号。
[0018](3)本方案采用低底噪的锁相环，低相噪压控振荡器和可变除法器芯片代替直接数字频率合成器来实现小步进，降低了杂散，实现了宽带频率合成器的低杂散性能。
[0019](4)本方案采用多级电调滤波器，与传统的分波段滤波器组相比，大大降低了体积，减少了成本，同时用采用数字电位器代替机械电位器来控制电调滤波器，增加了控制精度和可靠性。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型超宽带低相噪低杂散频率合成器的结构框图；
[0021 ]图2为本实用新型所述低频频综电路的结构框图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。
[0023]请参阅图1至图2所示，本实用新型提供一种超宽带低相噪低杂散频率合成器，包括微处理器、数字电位器、低相噪恒温晶体振荡器、第一功率分配器、第二功率分配器、第一四倍频电路、第二四倍频电路、低频频综电路、第一混频电路、第二混频电路、可变除法器、第一滤波电路、第二滤波电路、梳状谱信号发生电路和至少一个电调滤波器，所述低相噪恒温晶体振荡器的输出端与所述第一功率分配器的输入端连接，所述第一功率分配器的第一输出端与所述第二功率分配器的输入端之间连接所述第一四倍频电路，所述第一功率分配器的第二输出端与所述第一混频电路的第一输入端之间连接所述低频频综电路，所述第一混频电路的第二输入端与所述第二功率分配器的第一输出端之间连接所述第二四倍频电路，所述第一混频电路的输出端与所述第二混频电路的第一输入端之间依次连接所述可变除法器和所述第一滤波电路，所述第二混频电路的第二输入端与所述第二功率分配器的第二输出端连接，所述第二混频电路的输出端依次连接所述第二滤波电路、所述梳状谱信号发生电路和所述电调滤波器，所述微处理器分别与所述低频频综电路、所述可变除法器和所述数字电位器连接，所述数字电位器与每一个所述电调滤波器连接。
[0024]在本实用新型中，所述低频频综电路包括锁相环电路、环路滤波器、低相噪压控振荡器和第三功率分配器，所述锁相环电路的第一输入端与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述锁相环电路的第二输入端与所述微处理器连接，所述锁相环电路的第三输入端与所述第三功率分配器的第一输出端连接，使第三功率分配器的第一输出端输出反馈信号至锁相环电路，所述锁相环电路的输出端与所述第三功率分配器的输入端之间依次连接所述环路滤波器和所述低相噪压控振荡器，所述第三功率分配器的第二输出端与所述第一混频电路的第一输入端连接。
[0025]锁相环电路对所述第一功率分配器的第二输出端输出的宽带信号和第三功率分配器的第一输出端输出的宽带信号的相位进行比较，产生误差控制电压，环路滤波器滤除误差控制电压的高频分量和噪声，改善相位噪声性能，增加环路稳定性，低相噪压控振荡器的振荡频率受环路滤波器的输出电压控制，通过控制反馈信号分频比来控制输出信号的频率。
[0026]此外，所述频率合成器还包括外部控制接口，所述外部控制接口与所述微处理器连接以将接收到的外部控制信号输入至所述微处理器。所述微处理器包括单片机，所有所述电调滤波器串联连接，在本实施例中，所述电调滤波器设有两个，在具体应用时，所述电调滤波器的数量可以做适当增减。
[0027]本实用新型的工作原理为:所述低相噪恒温晶体振荡器通过第一功率分配器将100M低相噪信号分为两路100M低相噪信号，其中一路100M低相噪信号送到低频频综电路，产生小步进200M-400M宽带信号，另一路经过第一四倍频电路产生400M信号，400M信号再经过第二功率分配器分为两路400M信号，其中一路400M信号经过第二四倍频电路产生1600M信号，1600M信号与小步进200M-400M宽带信号送入第一混频电路进行混频后产生1800-2000M宽带信号，1800-2000M宽带信号经过可变除法器处理后产生100-250M宽带信号，100-250M宽带信号经过第一滤波电路滤波后与另一路400M信号送入第二混频电路进行混频后产生500-650M宽带信号，500-650M宽带信号经过第二滤波电路滤波后送入梳状谱信号发生电路，产生500-650M的各次谐波宽带信号，各次谐波中的四次谐波宽带信号为2000-2600M，五次谐波宽带信号为2500-3250M，六次谐波宽带信号为3000-3900M，七次谐波宽带信号为3500-4550M，各次谐波宽带信号送入电调滤波器进行滤波，滤除不需要的谐波宽带信号，得到超宽带低相噪低杂散的信号，更高频率的低相噪低杂散信号可以通过选择不同工作频率的电调滤波器来实现。
[0028]控制信号的控制流程为:外部控制信号通过外部控制接口引入单片机，单片机接收外部控制信号，进行信号解析，发出控制信号来控制低频频综电路中的锁相环电路、可变除法器和数字电位器，数字电位器产生不同的控制电压来控制不同的电调滤波器。
[0029]在本实施例中，低频频综电路的带内残留相位噪声的计算公式为:
[0030 ] PNsynth = PNtot+ 1I gFpFD+20 IgN(I)[0031 ] PNsynth为带内残留相位噪声，单位为dBc/Hz，PNtqt为锁相环底噪，单位为dBc/Hz，Fpfd为鉴相频率，单位为Hz，N为锁相环电路反馈分频比。
[0032]为实现输出射频信号小步进，鉴相频率为IMHz，分频比为200，输出200M，环路滤波器带宽为40kHz，锁相环底噪为-233dBc/HZ@10kHZ，低相噪压控振荡器的相位噪声为-120dBc/Hz@10kHz，根据公式(I)计算带内相位噪声
[0033]PNsynth = -127dBc/Hzi I OkHz
[0034]100M低相噪恒温晶体振荡器的相位噪声是-155dBc/HZ@10kHZ，经过低频频综电路后得到200M输出，200M信号的相位噪声为-127dBc/HZ@10kHZ，低相噪恒温晶体振荡器输出的100M信号经过第一、第二四倍频器后变为1600M的信号，相位噪声比100M信号恶化24dB，变为-131dBc/HZ@10kHZ，1600M信号与200M信号混频得到1800M信号，相位噪声与输入信号中相位噪声较差的信号的相位噪声一致，即1800M信号的相位噪声为-127dBc/HZ@10kHZ，1800M信号经过可变除法器除以18得到100M信号，100M信号相位噪声为-152dBc/Hz@1kHz，与经过第一四倍频器和第二功率分配器后的400M信号混频，400M信号的相位噪声为-143dBc/HZ@10kHZ，混频后输出信号为500M，相位噪声为-143dBc/HZ@10kHZ，经过梳状谱信号发生电路后产生各次谐波信号，其中四次谐波信号为2000M，相位噪声为-131dBC/Hz@10kHz，八次谐波信号为4000M，相位噪声为-125dBc/Hz@10kHz，相位噪声很低，基本与100M低相噪恒温晶体振荡器的信号倍频后得到的信号的相位噪声相等。
[0035]低相噪设计方式如下:
[0036](I)10M低相噪恒温晶体振荡器的输出信号经过第一、第二四倍频电路之后再经过多级电调滤波器滤除远端噪声来实现低相噪。
[0037](2)低频频综电路选用底噪低的锁相环芯片和相位噪声低的压控振荡器，并精心调试环路滤波器来实现低相噪。
[0038](3)通过第一、第二四倍频电路后的高频信号与低频频综电路的低相噪信号进行混频后再通过可变除法器进行除频，来实现低频宽带信号的低相噪。
[0039](4)用梳状谱信号发生电路代替传统的高频锁相环频率合成器来实现从低频宽带信号到高频宽带信号的转变，实现了低相噪。
[0040]低杂散设计方式如下:
[0041](I)各个射频模块之间都有多级的相应滤波器来滤除相应杂散，实现输出信号的低杂散。
[0042](2)多级电调滤波器滤除梳状谱信号发生电路产生的不需要的谐波，大大提高的输出信号的纯度，实现了低杂散。
[0043]电磁兼容性设计方式如下:
[0044](I)低杂散低相噪设计，提高整体的电磁兼容性能。
[0045](2)各个模块之间通过金属腔体加强隔离。
[0046](3)电路板良好的接地来保证整体的电磁兼容性能。
[0047]以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种超宽带低相噪低杂散频率合成器，其特征在于:包括微处理器、数字电位器、低相噪恒温晶体振荡器、第一功率分配器、第二功率分配器、第一四倍频电路、第二四倍频电路、低频频综电路、第一混频电路、第二混频电路、可变除法器、第一滤波电路、第二滤波电路、梳状谱信号发生电路和至少一个电调滤波器，所述低相噪恒温晶体振荡器的输出端与所述第一功率分配器的输入端连接，所述第一功率分配器的第一输出端与所述第二功率分配器的输入端之间连接所述第一四倍频电路，所述第一功率分配器的第二输出端与所述第一混频电路的第一输入端之间连接所述低频频综电路，所述第一混频电路的第二输入端与所述第二功率分配器的第一输出端之间连接所述第二四倍频电路，所述第一混频电路的输出端与所述第二混频电路的第一输入端之间依次连接所述可变除法器和所述第一滤波电路，所述第二混频电路的第二输入端与所述第二功率分配器的第二输出端连接，所述第二混频电路的输出端依次连接所述第二滤波电路、所述梳状谱信号发生电路和所述电调滤波器，所述微处理器分别与所述低频频综电路、所述可变除法器和所述数字电位器连接，所述数字电位器与每一个所述电调滤波器连接。2.如权利要求1所述的超宽带低相噪低杂散频率合成器，其特征在于:所述低频频综电路包括锁相环电路、环路滤波器、低相噪压控振荡器和第三功率分配器，所述锁相环电路的第一输入端与所述第一功率分配器的第二输出端连接，所述锁相环电路的第二输入端与所述微处理器连接，所述锁相环电路的第三输入端与所述第三功率分配器的第一输出端连接，所述锁相环电路的输出端与所述第三功率分配器的输入端之间依次连接所述环路滤波器和所述低相噪压控振荡器，所述第三功率分配器的第二输出端与所述第一混频电路的第一输入端连接。3.如权利要求1所述的超宽带低相噪低杂散频率合成器，其特征在于:所有所述电调滤波器串联连接。4.如权利要求2所述的超宽带低相噪低杂散频率合成器，其特征在于:所述电调滤波器设有两个。5.如权利要求1所述的超宽带低相噪低杂散频率合成器，其特征在于:所述微处理器包括单片机。6.如权利要求1所述的超宽带低相噪低杂散频率合成器，其特征在于:所述频率合成器还包括外部控制接口，所述外部控制接口与所述微处理器连接以将接收到的外部控制信号输入至所述微处理器。
【文档编号】H03L7/18GK205647494SQ201620106536
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年2月3日
【发明人】徐巍, 陈秋云, 汪秀华
【申请人】昆山九华电子设备厂