一种用于小型化Ka双频发射机的多频切换系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明为一种用于小型化Ka双频发射机的多频切换系统及方法，在实现多频点输出的同时保证高相噪指标。该技术具有很强的通用性，是一种便于设计、调试，并可用于航天产品的具有良好相噪性能的多频切换方法。
【背景技术】
[0002]小型化中继终端为第一代中继终端升级换代系统。具有体积小、重量轻、功耗低、性能指标高等优点，目前已应用于多个遥感系列卫星。星载小型化Ka调制发射机是小型化中继终端中重点攻关的关键分机。主要功能是将数传分系统提供的基带信号经过信道编码、微波调制后及放大后输出至行波管放大器。
[0003]分机还有一个重要功能是通过指令设置实现一代和二代中继系统共四个载波频率的切换。由于单机相位噪声指标要求很高，单一的数字锁相技术或者取样锁相技术均不能适应新本振方案的要求。
[0004]取样锁相是实现超低相噪微波点频源的最佳方案，取样锁相技术充分发挥了取样鉴相器极低相位噪声的特点，可以克服普通数字锁相技术由于微波分频及数字基底噪声带来的限制。在环路带宽内，参考信号的相位噪声按理论值恶化，从而使微波点频源得相噪达到最优。但是，取样锁相技术有一个缺点，频率分辨率低，只能实现参考信号整数倍的微波信号。
[0005]用100MHz作参考信号，要提高频率分辨率，只能采用数字分频锁相技术，利用参考分频技术，可实现任意频点。其缺点是受鉴相器底噪影响，倍频次数很高时，环路带宽内的相位噪声恶化严重，无法实现低相位噪声的频率源。
[0006]同时输出信号频点间隔较远，以往型号中使用的单个压控振荡器以及固定置数频率切换方法也不能实现一台产品的多个载波频率切换。
【发明内容】
[0007]本发明的技术解决问题:克服现有技术中使用的固定置数频率切换方法以及单一的数字锁相技术或者取样锁相技术均不能适应新型号中宽频率间隔及高相位噪声指标的不足，提出一种用于小型化Ka双频发射机的多频切换系统及方法，解决了高分辨率低相位噪声的Ka频段频率源，在实现多频点输出的同时保证高相噪指标。
[0008]本发明的技术解决方案:一种用于小型化Ka双频发射机的多频切换系统，包括:数字频率控制电路(1)、数字锁相电路(2)、取样锁相电路(3)、开关电路(4)、工作频点不同的同轴介质压控振荡器CR0(5，6)、同轴介质压控振荡器CR03(7)、合成桥(8)、混频电路
[9]；
[0009]取样锁相电路(3)为印制电路板，包括:取样锁相鉴相器、功分器、放大器；
[0010]数字锁相电路(2)，包括:数字鉴相器和有源低通滤波器；
[0011]功分器把输入的参考信号功分，一路给取样锁相电路的放大器，另一路给数字锁相电路，放大器将功分的一路参考信号放大，用该放大的参考信号，给取样锁相鉴相器提供足够的功率，取样锁相鉴相器把该放大的参考信号转换为重复频率与该放大的参考信号一样的窄脉冲，作为参考脉冲，用该参考脉冲对同轴介质压控振荡器CR03 (7)产生的正弦波信号进行取样，当该正弦波信号的频率为参考信号的频率的整数倍，并保持正弦波信号与参考信号的相位同步，取样锁相鉴相器将输出一个稳定的直流电压给同轴介质压控振荡器CR03(7)，实现同轴介质压控振荡器CR03(7)的锁定(输出稳定振荡信号)，作为混频电路的射频激励信号；
[0012]开关电路(4)中安装继电器，通过外部的响应选频指令切换与响应选频指令对应频点的同轴介质压控振荡器CR0(5，6)供电，同轴介质压控振荡器CR0(5，6)产生振荡信号送至合成桥(8)的输入端，从而实现选择与外部的响应选频指令对应的频率的同轴介质压控振荡器CR0(5，6)工作；
[0013]合成桥(8)采用微波分支线桥电路，包括输入端和两个输出端，合成桥(8)的输入端连接不同工作频点的同轴介质压控振荡器CR0(5，6)的输出，合成桥(8)将输入端输入的振荡信号分两路从两个输出端输出，合成桥(8)的一个输出端作为系统的输出，输出本振信号；合成桥(8)的另一个输出端作为混频电路(9)的本振信号，混频电路(9)将该本振信号与同轴介质压控振荡器CR03(7)的输出信号进行混频得到中频信号送至数字锁相电路
(2)；
[0014]数字鉴相器，根据分频比，对中频信号与功分器分配的另一路参考信号进行鉴频鉴相，经由有源低通滤波器进行低通滤波、放大后产生控制电压，该控制电压控制同轴介质压控振荡器CR0(5，6)的电调端，使CR0(5，6)根据外部的响应选频指令，稳定输出振荡信号;
[0015]数字频率控制电路⑴响应输入的外部的响应选频指令，根据数字鉴相器的四个串口控制字的时序产生四路串口控制信号，并输出至数字锁相电路(2)中的数字鉴相器，控制数字鉴相器的分频比。
[0016]所述数字频率控制电路(1)有3种工作方式，一种是直接置数方式，第二种为并口置数方式，第三种为串口置数方式，当工作方式为直接置数方式，此方式需要16根控制线控制分频比；当工作方式为并口置数方式需要12根控制线；当工作方式为串口置数方式只需要4根控制线，大大简化了 PCB外围电路设计，通过数字频率控制电路中的FPGA程序控制串口控制线的输出。
[0017]所述数字锁相电路为印制电路板中的数字鉴相器采用Peregrine公司开发的大规模单片低功耗集成数字锁相模块PE9702，该器件具有串口置数功能，通过控制数字频率控制电路中的串口控制线的输出，能够实现需要的分频比，实现各工作频率CR0信号的锁定。
[0018]如图2所示，一种用于小型化Ka双频发射机的多频切换方法，包括步骤如下:
[0019](1)功分器把输入的参考信号功分，一路给取样锁相电路的放大器，另一路给数字锁相电路，放大器将功分的一路参考信号放大，用该放大的参考信号，给取样锁相鉴相器提供足够的功率，取样锁相鉴相器把该放大的参考信号转换为重复频率与该放大的参考信号一样的窄脉冲，作为参考脉冲；
[0020](2)用该参考脉冲对同轴介质压控振荡器CR03(7)产生的正弦波信号进行取样，当该正弦波信号的频率为参考信号的频率的整数倍，并保持正弦波信号与参考信号的相位同步，取样锁相鉴相器将输出一个稳定的直流电压给同轴介质压控振荡器CR03 (7)，实现同轴介质压控振荡器CR03(7)锁定，作为混频电路的射频激励信号；
[0021](3)混频电路(9)将该混频电路(9)的本振信号与同轴介质压控振荡器CR03 (7)的输出振荡信号进行混频得到中频信号送至数字锁相电路(2);
[0022](4)数字鉴相器，根据分频比，对中频信号与功分器分配的另一路参考信号进行鉴频鉴相，经由有源低通滤波器进行低通滤波、放大后产生控制电压，该控制电压控制同轴介质压控振荡器CR0 (5,6)的电调端，使CR0 (5,6)根据外部的响应选频指令，稳定输出振荡信号;
[0023](5)数字频率控制电路⑴响应输入的外部的响应选频指令，产生四路串口控制码，再根据数字鉴相器的四个串口控制字的时序，输出四路串口控制码送至数字锁相电路
(2)中的数字鉴相器，控制数字鉴相器的分频比；
[0024](6)开关电路(4)中安装继电器，通过外部的响应选频指令切换与响应选频指令对应频点的同轴介质压控振荡器CR0(5，6)供电，同轴介质压控振荡器CR0