超宽带快速本振模块的制作方法

1.本实用新型涉及的是超宽带快速本振模块。


背景技术：

2.超宽带技术是一种新型的无线通信技术，它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有12ghz量级的带宽。
3.现有技术的超宽带接收机一般不具有本振模块，功能单一，需要额外设置相应设备来实现其对应功能，使用成本较高。


技术实现要素：

4.本实用新型提出的是超宽带快速本振模块，其目的旨在填补现有技术存在的上述空白，实现100mhz基准信号、2048mhz时钟信号和lo1信号的输出。
5.本实用新型的技术解决方案：超宽带快速本振模块，其结构包括100mhz基准信号产生单元、2048mhz时钟信号产生单元和lo1本振信号产生单元；
6.所述的100mhz基准信号产生单元，基准信号选择100mhz，通过功分产生2路100mhz基准信号和2048mhz时钟信号产生单元及lo1本振信号产生单元所需的参考信号；
7.所述的2048mhz时钟信号产生单元，采用梳状谱倍频方式产生过度频率信号，再经过分频、混频和滤波产生2048mhz时钟信号；
8.所述的lo1本振信号产生单元，采用上变频方式产生lo1信号，lo1带宽9ghz。
9.优选的，所述的2048mhz时钟信号产生单元，100mhz信号经梳状谱倍频器后，经功分，然后经滤波器产生2路信号，一路3700mhz、一路1900mhz，其中3700mhz信号经过25分频产生148mhz信号，148mhz信号再与1900m信号混频产生2048mhz信号，然后滤波功分放大输出；
10.优选的，所述的lo1本振信号产生单元，通过l波段带宽为800mhz信号和若干频标混频产生lo1；中频信号为1600
‑
2400mhz；采用开关滤波器组滤除无用的信号，杂散间隔为800mhz；直接合成dds产生10mhz间隔的跳频信号：采用梳状谱倍频方式产生相隔100mhz的频标信号，两者混频后产生800mhz带宽、间隔10mhz的跳频信号。
11.本实用新型的优点：结构设计有效，实现了多路频率合成、放大、耦合、自检和功分功能，可输出2路100mhz基准信号、1路2048mhz时钟信号和2路lo1信号。
附图说明
12.图1是本实用新型超宽带快速本振模块的功能框图。
13.图2是本实用新型超宽带快速本振模块的结构框图。
14.图3是图1中100mhz基准信号产生示意图。
15.图4是图1中2048mhz时钟信号产生示意图。
16.图5是图1中lo1本振信号产生示意图。
具体实施方式
17.下面结合实施例和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
18.如图2所示，超宽带快速本振模块，其结构包括100mhz基准信号产生单元、2048mhz时钟信号产生单元和lo1本振信号产生单元；
19.如图3所示，所述的100mhz基准信号产生单元，基准信号选择100mhz，通过功分产生2路100mhz基准信号和2048mhz时钟信号产生单元及lo1本振信号产生单元所需的参考信号；
20.如图4所示，所述的2048mhz时钟信号产生单元，采用梳状谱倍频方式产生过度频率信号，再经过分频、混频和滤波产生2048mhz时钟信号；
21.具体的，100mhz信号经梳状谱倍频器后，经功分，然后经滤波器产生2路信号，一路3700mhz、一路1900mhz，其中3700mhz信号经过25分频产生148mhz信号，148mhz信号再与1900m信号混频产生2048mhz信号，然后滤波功分放大输出；
22.如图5所示，所述的lo1本振信号产生单元，采用上变频方式产生lo1信号，lo1带宽(约)9ghz；
23.具体的，通过l波段带宽为800mhz信号和若干频标混频产生lo1；中频信号为1600
‑
2400mhz；采用开关滤波器组滤除无用的信号，杂散间隔为800mhz；直接合成dds产生10mhz间隔的跳频信号：采用梳状谱倍频方式产生相隔100mhz的频标信号，两者混频后产生800mhz带宽、间隔10mhz的跳频信号。
24.因为lo1
±
1536mhz处各50mhz带宽内杂散优于
‑
130dbc，所以中频不能包含1536mhz及附近信号；另外混频的主要杂散lo
±
2if和3*if落在滤波器带外，易于滤除；频标信号频点较多，所以优选梳状谱方案产生信号，采用开关滤波器组滤除无用的信号，杂散间隔为800mhz，杂散易于滤除；通过合理的频点分配，确保低次组合分量落在带外，采用分段滤波器组滤除带外杂散。
25.技术指标：
26.a、100mhz基准信号产生单元(100mhz晶振)
27.1)功率：100mhz_1：全温(5
±
1.5)dbm，常温(5
±
1)dbm
28.100mhz_2：全温(10
±
1.5)dbm，常温(10
±
1)dbm
29.放大器输出端设计衰减器，常温下，调整衰减器使输出功率到要求范围内；
30.将放大器输出功率工作1dbm压缩点附在，放大器1dbm压缩点全温下变化
±
0.5db。
31.2)杂散：≤
‑
90dbc
32.100mhz信号由晶振功分产生，晶振杂散小于
‑
90dbc；
33.外部电源经过ldo处理给晶振供电，隔离外部电源杂散；
34.100mhz功分支路上设计有滤波器，滤除其他电路中分频等产生的倒灌信号；
35.杂散指标可以实现。
36.3)相位噪声：≤145dbc/hz@1khz(静态)，≤140dbc/hz@1khz(振动下)
37.100mhz晶振为现有模块，内部有减震。
38.100mhz晶振为独立模块，输出接口为sma，晶振输出端口至100mhz对外输出间有1根同轴电缆、功分器和放大器等。同轴电缆长度约10cm，固定在壳体上，对振动不敏感，振动下对相噪无影响；功分器和放大器为表贴器件，对振动不敏感，振动下对相噪无影响。
39.4)频率精度：≤1e
‑
6，当频率超出范围时要求可调。
40.由晶振指标保证。
41.5)长期稳定度：1e
‑742.由晶振指标保证。
43.6)晶振起振时间小于100ms
44.由晶振指标保证。
45.7)频率精确度、频率准确度：
46.频率精确度：冷机24小时以上，开机30分钟后的100mhz输出与标准频率的偏差在
±
50hz以内。
47.频率稳定度：冷机24小时以上，开机3分钟到30分时间范围内，100mhz信号频率变化在10hz范围内。
48.晶振指标保证。
49.8)外部提供一个100mhz信号作为基准，通过开关与内部电源切换，内部晶振、外部参考作为基准，模块均能正常工作，满足所有技术指标。内部晶振工作时，外部参考无输入；外部参考有输入时，内部晶振断电不工作。
50.采用高隔离开关选择内/外晶振，当控制选择外部晶振工作时，晶振电源断电，当选择内部晶振工作时，晶振电源上电，上电时间小于300ns。
51.b、2048mhz时钟信号产生单元(clk时钟)
52.1)输出功率：全温(12
±
1.5)dbm，常温(12
±
1)dbm
53.采用的放大器p
‑
1功率为15dbm，全全温下功率波动小于
±
0.8db。
54.2)静态下单边带相位噪声：≤
‑
115dbc/hz@1khz
55.≤
‑
125dbc/hz@5khz
‑
10mhz
56.3700mhz信号相噪：
‑
155+20log37+3＝
‑
120.6(dbc/hz@1khz)
57.‑
160+20log37+3＝
‑
125.6(dbc/hz@5khz
‑
10mhz)
58.分频器噪底：
‑
150dbc/hz@1khz、
‑
152dbc/hz@5khz、
‑
155dbc/hz@10mhz
59.148mhz信号相噪：
‑
150dbc/hz@1khz、
‑
152dbc/hz@5khz
‑
10mhz
‑‑‑‑
(1)
60.1900mhz信号相噪：
‑
155+20log19+3＝
‑
126(dbc/hz@1khz)
61.‑
160+20log19+3＝
‑
131(dbc/hz@5khz
‑
10mhz)
‑‑‑‑
(2)
62.综合(1)和(2)，2048mhz信号相噪：
63.‑
126+20log(2048/1900)＝
‑
125(dbc/hz@1khz)
64.‑
131+20log(2048/1900)＝
‑
130(dbc/hz@5khz
‑
10mhz)。
65.3)振动下单边带相位噪声：≤
‑
105dbc/hz@1
‑
5khz
66.振动下晶振相位噪声比静态下恶化10db，梳状谱相噪恶化3
‑
5db，
67.振动下，1900mhz信号相噪：
68.‑
145+20log19+8＝
‑
111(dbc/hz@1
‑
5khzkhz)
69.振动下，2048mhz信号相噪：
70.‑
111+20log(2048/1900)＝
‑
110(dbc/hz@1
‑
5khz)。
71.4)杂散：≤
‑
75dbc@0
‑
3ghz
72.3700mhz、1900mhz和2048mhz信号均经过2级滤波，单级滤波器抑制可实现45dbc，
两级滤波和分腔处理，杂散可达到80dbc以上。
73.5)谐波抑制：≥50dbc
74.放大器自身输出谐波20dbc，输出端口放置低通滤波器，对谐波抑制大于40dbc，谐波抑制优于60dbc。
75.c、lo1本振信号产生单元(lo1)
76.1)频率范围：x.540ghz～xx.530ghz，xx.470ghz～xx.470ghz，频率间隔：δf＝10mhz，开机默认点为601#
77.频率范围和频率间隔通过方案设计保证。
78.内部电路保证开机后，未监测到更新脉冲前，lo1输出预设的601#频点。
79.2)输出功率：lo1
‑
ate全温(
‑3±
3)dbm，常温(
‑3±
2.5)dbm，
80.lo1全温(12
±
3)dbm，常温(12
±
2.5)dbm，
81.lo1频率范围7
‑
17ghz，将lo1分成3段(后续分析谐波指标时再说明分段原因)，7
‑
10ghz，10
‑
13ghz，13
‑
17ghz，三段末级放大器均采用bw573，常温下，放大器饱和输出功率平坦度约1db，放大器输入输出端口放置隔离器，改善端口匹配。电路上预留均衡器和衰减器位置，可对功率进一步调整。
82.相位噪声：
83.a)静态下x波段相噪：频点12000mhz对应的频标频率相噪如下：
84.‑
110dbc/hz@1khz
85.‑
116dbc/hz@10khz
86.‑
122dbc/hz@100
‑
500khz
87.‑
130dbc/hz@1mhz
88.‑
132dbc/hz@2
‑
10mhz
89.故，12000mhz相噪如下：
90.‑
108dbc/hz@1khz
91.‑
112dbc/hz@10khz
92.‑
120dbc/hz@100
‑
500khz
93.‑
128dbc/hz@1mhz
94.‑
130dbc/hz@2
‑
10mhz
95.b)静态下ku波段相噪：频点17ghz对应的频标频率的相噪如下：
96.‑
108dbc/hz@1khz
97.‑
115dbc/hz@10khz
98.‑
122dbc/hz@100
‑
500khz
99.‑
128dbc/hz@1mhz
100.‑
131dbc/hz@2
‑
10mhz
101.故，17ghz相噪如下：
102.‑
106dbc/hz@1khz
103.‑
112dbc/hz@10khz
104.‑
120dbc/hz@100
‑
500khz
105.‑
126dbc/hz@1mhz
106.‑
128dbc/hz@2
‑
10mhz
107.c)振动下x波段相位噪声
108.100mhz晶振振动下相位为
‑
145dbc/hz@1khz，除了晶振外，还有几个因素可能影响振动下相噪：
109.800mhz倍频器、梳状谱2、滤波器；
110.连接同轴电缆；
111.高频馈电电感。
112.800mhz倍频器和梳状谱2组合在一起，振动下相噪恶化2
‑
3db；
113.电路中涉及到的同轴电缆共6根，电缆为半柔性电缆，接头为sma，单根电缆长度小于10cm，对同轴电缆中间位置采取固化，防止电缆在振动下无规则自由摆动；因采取半柔性电缆，电缆组件自身发生共振时频率相对较低，可以有效地将壳体传递过来的振动能量转换成较低频率的能量，以阻尼振动的形式将能量逐渐消耗掉，降低电缆组件对相噪的影响。
114.高频电路放大器、开关等器件退耦电路采用集成芯片，以金丝代替线圈电感，防止电感共振对相噪的影响。
115.综上所述，通过定量计算和定性分析，振动下相位噪声如下：
116.x波段：
‑
98dbc/hz@1
‑
5khz
117.ku波段：
‑
95dbc/hz@1
‑
5khz
118.要求0
‑
8mhz内总相位噪声功率尽量小
119.相位噪声在规定频偏处相位噪声满足要求，相位噪声曲线“平滑滚降”。
120.杂散：
121.a)分频器输出杂散
122.梳谱输出信号经过带通滤波器进入开关滤波器组，分7段滤波，滤波器组输出经过放大后进入可变分频器，输出150
‑
240mhz信号，7段滤波器对
±
100mhz杂散抑制为60dbc，杂散远小于分频器输入功率，所以分频后杂散满足指标，开关选用hittite公司的hmc321lp4，单级开关隔离大于38db,2级开关隔离大于75db,满足杂散指标，分频输出后经过滤波器滤除分频的谐波，滤波器抑制为60dbc，谐波在后级混频为三阶，仍会产生，该抑制只是为保证信号谐波干净。综上该级设计满足杂散指标。
123.b)1800mhz、1900mhz、2000mhz、2100mhz、2200mhz输出杂散分析
124.信号由梳状谱1产生，经过2级滤波，单级滤波器抑制可实现50dbc，两级滤波和分腔处理，杂散可达到90dbc以上。
125.c)1600
‑
2400mhz杂散分析
126.此处混频单元中频和本振信号频率相差10倍左右，落在带内mif
±
nlo的高次组合分量杂散低，实验测得杂散优于
‑
80dbc。
127.lo
±
2if落在边带外50mhz左右，约为
‑
60dbc采用1级滤波，混频器采用hittite公司的hmc213ms8，在1600
‑
2400mhz频段，隔离度大于35db,最终本振泄露小于射频输出15dbc以上，加上滤波器抑制，可以将抑制做到75db以上。
128.d)9600mhz
‑
14400mhz(间隔800mhz)信号杂散分析
129.带内杂散由倍频器和梳状谱设计保证。实测梳状谱正负100m杂散在72db以上。
130.带外杂散偏离边带800mhz，采用腔体滤波器滤波，滤波器对
±
800mhz及以外抑制
高于70dbc，实测正负100m抑制高于8dbc。
131.开关单边隔离度大于35db，输入输出两级总隔离优于70dbc。
132.采取分腔措施，空间隔离度大于70db。
133.±
100mhz以外杂散优于70dbc。
134.e)lo1混频杂散分析
135.采取分段滤波方式，将全频带信号分成6段滤波，杂散优于70dbc。
136.带内组合分量为2lo
‑
3if，通过实验测得，中频功率小于
‑
5dbm时，带内组合分量(距离lo1频差10mhz以外)杂散优于75dbc。
137.f)≤
‑
130dbc@
±
1536mhz处各50mhz带宽内杂散
138.中频信号为1600
‑
2400mhz，设计保证lo1杂散优于
‑
130dbc。
139.5)谐波：≤
‑
45dbc
140.lo1频率范围7
‑
17ghz，频率跨倍频程，为了保证平坦度，放大器输出功率在p
‑
1附近，输出谐波20
‑
30dbc，故将lo1分成3段，频率为7
‑
10ghz，10
‑
13ghz，13
‑
17ghz，滤波器采用13所芯片滤波器，分别为，nc6619c
‑
010、nc6621c
‑
014、nc6623c
‑
017，滤波器抑制40dbc，放大器采用13所16专，放大器谐波大于30dbc，加上低通滤波器，保证谐波小于
‑
55dbc。
141.6)频率转换时间：≤3us(相位稳定)
142.频率转换时间主要开关滤波器滤波器延时与fpga信号处理延时决定。
143.滤波器延时0.1us左右，fpga处理延时为0.2us左右，lo1频率转换时间小于0.4us。
144.以上所述各部件均为现有技术，本领域技术人员可使用任意可实现其对应功能的型号和现有设计。
145.以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。