全文摘要
本实用新型公开了一种细步进超低相噪频率源，其晶体振荡器的信号经过倍频电路处理后耦合分为两路，直通端输出至DDS，作为DDS的参考信号；耦合端经过放大器放大后与VCO输出混频产生中频信号，该信号输入至鉴相器的参考端；DDS输出信号与自身参考信号经混频器混频后产生射频信号输入至鉴相器的RF端口。鉴相器的CP输出至环路滤波器后调谐VCO，产生需要的输出信号。本实用新型输出信号相位噪声远远高于传统方式的相位噪声，体积和功耗又不会有太大变化的前提下在市场上有着广阔的前景。
主设计要求
1.一种细步进超低相噪频率源，其特征在于：包括晶体振荡器、倍频电路、放大器、DDS、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和功分器，所述晶体振荡器输出信号经过倍频电路后输入第一耦合器分为两路输出，其中一路输出至DDS，作为DDS的参考信号，另一路经过放大器放大后输入第二混频器；DDS输出信号与参考信号经第一混频器混频后产生射频信号输入至鉴相器；鉴相器的输出端输出至环路滤波器，环路滤波器连接压控振荡器，压控振荡器输出端经过功分器后分为两路，一路作为输出信号输出，另一路与第一耦合器耦合端放大后的信号输入至第二混频器混合产生中频信号输入至鉴相器。
设计方案
1.一种细步进超低相噪频率源，其特征在于：包括晶体振荡器、倍频电路、放大器、DDS、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和功分器，所述晶体振荡器输出信号经过倍频电路后输入第一耦合器分为两路输出，其中一路输出至DDS，作为DDS的参考信号，另一路经过放大器放大后输入第二混频器； DDS输出信号与参考信号经第一混频器混频后产生射频信号输入至鉴相器；鉴相器的输出端输出至环路滤波器，环路滤波器连接压控振荡器，压控振荡器输出端经过功分器后分为两路，一路作为输出信号输出，另一路与第一耦合器耦合端放大后的信号输入至第二混频器混合产生中频信号输入至鉴相器。
2.根据权利要求1所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，所述第一耦合器为定向耦合器。
3.根据权利要求2所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，所述第一耦合器的直通端输出至DDS，耦合端经过放大器放大后输入第二混频器。
4.根据权利要求1所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，所述倍频电路为SZ-3200倍频电路。
5.根据权利要求1所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，所述放大器为NBB-310放大器。
6.根据权利要求1所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，所述压控振荡器为HMC388LP4E压控振荡器。
7.根据权利要求1所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，所述第一混频器为HMC422MS8G混频器，第二混频器为HMC232混频器。
8.根据权利要求1所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，所述鉴相器为ADF4106BCPZ鉴相器。
9.根据权利要求1所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，所述DDS采用的是DDS AD9954BCPZ。
10.根据权利要求1所述的一种细步进超低相噪频率源，其特征在于，DDS输出信号与参考信号经第一混频器混频后产生射频信号输入至鉴相器RF端,第一耦合器耦合端放大后的信号输入至第二混频器混合产生中频信号输入至鉴相器的参考端。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种基于锁相环电路进行改进的新型的细步进超低相噪频率源技术。
背景技术
在微波系统中，频率源是微波系统的核心设备，是整机性能指标的重要保障。随着现代通信技术的飞速发展，微波系统在雷达、制导、保密通讯、电子对抗、以及民用系统（LMDS、MVDS）等方面有着广泛的用途，并受到世界各国的重视。
频率源是现代通信系统、雷达系统必不可少的关键部件。而宽带频率源是雷达导引头中的关键组成部件，其主要作用是产生宽带本振信号或导引头自检信号，它的性能指标直接影响到整个雷达系统的性能。宽带频率信号产生技术是现代雷达设计中的一项关键技术，相对于单个频点信号产生来讲，为实现大带宽内良好的相位噪声性能和跳频时间等指标，具有更大的难度，需要综合考虑各个方面的因素。因此频率源技术是现在微波测量、通信和雷达系统等应用领域里面的关键技术。
20世纪90年代以来，随着对毫米波技术需求的增长以及在研制毫米波雷达发射机、接收机、天线和无源器件等各个方面的重大突破，毫米波技术的发展进入了一个新的阶段。同时，这也对毫米波频率源提出了越来越高的要求。小型化、超宽带、低杂散和低功耗成为研究的热点，也是主要的发展趋势。小型化集成封装技术为电子类设备性能提高、功能增加、生产规模扩大和成本降低的重要制约因素。实现小型化集成封装有多种技术，包括低温共烧陶瓷（LTCC）、薄膜、硅片半导体和多层电路板技术等。目前，从加工精度、集成密度和可靠性等综合考虑，LTCC具有稳定低损耗的介电常数、优良的导带附着力及良好的机械强度与散热等优点，并在多层电路设计时灵活多变，易于实现高密度集成与小型化封装。
频率源技术是一项技术难度很大的先进电路技术，它的好坏直接影响雷达、导航、通讯、空间电子技术及仪器、仪表等的性能指标。频率源可以分为二大类，自激振荡源和合成频率源。合成频率源自发展起来后被广泛应用在现在电子系统中。
合成频率源一般分为四大形式，既直接模拟式合成、直接数字式合成、间接模拟式合成、间接数字式合成，各种合成方式各自有所偏向。间接数字式合成应用最为广泛，主要通过锁相环电路及衍生出的多种相关电路实现。间接数字式合成方式产生的信号具备较好的相位噪声、输出杂散、频率步进和工作带宽，但是跳频速度慢是这种合成方式的缺陷，限制了间接数字式合成技术在快速跳频领域的应用。
相位噪声是衡量频率合成器的重要指标，它对电子设备和电子系统的性能影响很大，从频域看它分布在载波信号两旁按幂律谱分布，一般指在系统内各种噪声作用下所引起的输出信号相位随机起伏。如图2所示：锁相环是最常用的频率合成方式，具有体积小、功耗低、电路简单、指标较好而备受欢迎。但是锁相环的不足之处也很明显，最显著的就是相位噪声和跳频时间。相噪噪声因为受所有器件的底噪制约，使得锁相环输出信号的相位噪声有限，一般情况我们按以下公式来评估锁相环的带内相位噪声，即：PN=PNfloor-10*log（Fpd\/Hz）-20*log（N\/Hz）。PNfloor为锁相环电路中的鉴相器的底噪，这个指标是制约相位噪声的主要参数。随着电子技术的不断发展，对技术指标的需求也是越来越高。小型化、低成本、低功耗已成为整个行业的发展趋势，锁相环频率合成器的相位噪声已经成为瓶颈，急需突破传统的方式，在固有技术的基础上提高锁相环的相位噪声就更加重要。
发明内容
为克服上述存在之不足，本实用新型的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种细步进超低相噪频率源技术，该技术是基于锁相环电路进行改进。与传统的锁相环电路相比，在保证其他指标不恶化的前提下，很好的改善了相位噪声的指标。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的具体的技术方案是：一种细步进超低相噪频率源，其包括晶体振荡器、倍频电路、放大器、DDS、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和功分器，所述晶体振荡器输出信号经过倍频电路后输入第一耦合器分为两路输出，其中一路输出至DDS，作为DDS的参考信号，另一路经过放大器放大后输入第二混频器； DDS输出信号与参考信号经第一混频器混频后产生射频信号输入至鉴相器；鉴相器的输出端输出至环路滤波器，环路滤波器连接压控振荡器，压控振荡器输出端经过功分器后分为两路，一路作为输出信号输出，另一路与第一耦合器耦合端放大后的信号输入至第二混频器混合产生中频信号输入至鉴相器。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：所述第一耦合器为定向耦合器。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：所述第一耦合器的直通端输出至DDS，耦合端经过放大器放大后输入第二混频器。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：所述倍频电路为SZ-3200倍频电路。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：所述放大器为NBB-310放大器。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：所述压控振荡器为HMC388LP4E压控振荡器。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：所述第一混频器为HMC422MS8G混频器，第二混频器为HMC232混频器。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：所述鉴相器为ADF4106BCPZ鉴相器。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：所述DDS采用的是DDS AD9954BCPZ。
根据本实用新型所述的一种细步进超低相噪频率源，其进一步的技术方案是：DDS输出信号与参考信号经第一混频器混频后产生射频信号输入至鉴相器RF端,第一耦合器耦合端放大后的信号输入至第二混频器混合产生中频信号输入至鉴相器的参考端。
相比现有技术，本实用新型的技术方案具有如下优点：本实用新型是基于锁相环电路改进，与传统的锁相环电路相比，在保证其他指标不恶化的前提下，很好的改善了相位噪声的指标。本实用新型产品具有体积小、成本低，产品更具有竞争力，在小型化细步进低相噪的领域有很广泛的使用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本实用新型技术方案原理图。
图2是现有技术中锁相环频率合成器功能示意图。
图中：1 晶体振荡器、2倍频电路、3第一耦合器、4放大器、5 第二耦合器、6 DDS、7第一混频器、8 鉴相器、9 第二混频器、10环路滤波器、11 压控振荡器、12 功分器。
具体实施方式
本实用新型实施方式中通过结合附图对技术方案进行详细说明，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
实施例：
如图1所示：一种细步进超低相噪频率源，其包括晶体振荡器1、倍频电路2、放大器4、DDS6、鉴相器8、环路滤波器10、压控振荡器11和功分器12。所述晶体振荡器1的输出信号经过倍频电路2后输入第一耦合器3后分为两路输出，其中一路输出至DDS6，作为DDS的参考信号，另一路经过放大器4放大后输入第二混频器9；DDS6的输出信号与DDS的参考信号经第一混频器7混频后产生射频信号输入至鉴相器8。鉴相器8的输出端输出至环路滤波器10，环路滤波器10连接压控振荡器11，压控振荡器11输出端经过功分器12后分为两路，一路作为输出信号输出，另一路与第一耦合器3耦合端放大后的信号输入至第二混频器9混合产生中频信号输入至鉴相器8。所述第一耦合器3的输出端一路连接第二耦合器5，另一路连接放大器4。
本实施例主要实现的技术指标如下：
1)输出频率：3200MHz～3300MHz； 2)频率步进：0.1Hz；
3)输出功率： ≥+4dBm；
4)相位噪声：≤-126dBc\/Hz@1kHz；≤-128dBc\/Hz@10kHz；
≤-128dBc\/Hz@100kHz；
5)谐波抑制：≥60dBc；6)杂散抑制：≥70dBc；7)跳频时间：≤60us。
为了实现上述技术指标，本实施例中涉及的各电子元器件采用具体的型号后，现结合具体的结构型号对本实施例的工作原理做如下介绍。晶体振荡器的信号HHGSBD-100.00MHz经过倍频电路SZ-3200处理后耦合分为两路，直通端输出至DDS AD9954BCPZ，作为DDS AD9954BCPZ的参考信号；耦合端经过放大器NBB-310放大后与VCO HMC388LP4E输出混频HMC232产生中频信号，该信号输入至鉴相器ADF4106BCPZ的参考端；DDS AD9954BCPZ输出信号与自身参考信号经混频器HMC422MS8G混频后产生射频信号输入至鉴相器ADF4106BCPZ的RF端口。鉴相器ADF4106BCPZ的CP输出至环路滤波器后调谐VCOHMC388LP4E，产生需要的输出信号。
该方案的输出信号相位噪声远远高于传统方式的相位噪声，体积和功耗又不会有太大变化的前提下在市场上有着广阔的前景。
本实施例中DDS信号和自身的参考信号混频后作为射频信号输入至鉴相器的RF端，晶振倍频后的频率与输出频率混频后的信号作为鉴相器的参考信号。将传统意义上的锁相环电路的参考和RF端倒置使用，最终输出频率为：F0=F1+R*(F1+Fdds)\/N，其中F1为晶振倍频32次后的频率、R为鉴相器的参考信号分频器、N为分频比、Fdds为DDS输出的中频信号。由公式可以看出F0的相位噪声由F1和（F1+Fdds）共同决定，F1是晶振倍频产生，按照20*log(N)恶化；Fdds的相位噪声远高于他自身的参考信号F1,再分频后会优化相位噪声，则按照噪声叠加计算方式，F0的相位噪声最终取决于F1。F1按照20*log(N)恶化，则最终的相位噪声有晶振决定。选择好的恒温晶振可以很大程度的改善输出信号的相位噪声。DDS的分辨率可达0.001Hz，输出频率的步进完全取决于DDS的分辨率，从而实现细步进的功能。
上述实施例中各具体型号的产品都是申请人根据目前上面上的主流渠道进行购买的。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920117654.0
申请日:2019-01-24
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:90(成都)
授权编号:CN209345135U
授权时间:20190903
主分类号:H03L 7/18
专利分类号:H03L7/18;H03L7/093
范畴分类:38J;
申请人:成都六九一四科技有限公司
第一申请人:成都六九一四科技有限公司
申请人地址:610000 四川省成都市都江堰市四川都江堰经济开发区紫金路7号
发明人:马璐
第一发明人:马璐
当前权利人:成都六九一四科技有限公司
代理人:李汉强
代理机构:51267
代理机构编号:成都为知盾专利代理事务所(特殊普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：压控振荡器论文; 锁相环论文; 鉴相器论文; 相位噪声论文; 混频器论文; 特征频率论文; 信号频率论文; 信号放大器论文;