一種星用頻綜源及其頻率合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種星用頻綜源及其頻率合成方法，其由晶體振蕩器、頻率合成單元組成。晶體振蕩器所輸出基頻信號經(jīng)多次倍頻、分頻、混頻后輸出所需X波段的頻點。本發(fā)明在處理倍頻鏈路環(huán)節(jié)，采用有源倍頻方案即：輸入信號經(jīng)放大器飽和放大后輸入到窄帶濾波器，取所需諧波分量，在保證性能指標最優(yōu)化的同時，有效避免了鎖相方案引入的相噪性能差以及無源倍頻中階躍管倍頻器調(diào)試量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低的缺點。具有方案簡單，相位噪聲優(yōu)越，可靠性高的優(yōu)點，其超低相位噪聲的優(yōu)點，提高了現(xiàn)有星用高度計測量精度。
【專利說明】一種星用頻綜源及其頻率合成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天微波有源產(chǎn)品領(lǐng)域，主要是涉及一種應(yīng)用于監(jiān)測和調(diào)查海洋環(huán)境 衛(wèi)星雷達高度計分系統(tǒng)的頻綜源及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，衛(wèi)星通信，尤其是數(shù)字衛(wèi)星通信對變頻器的本振源提出了較高的要求，如較 高的頻率穩(wěn)定度、高的頻譜純度、較低的相位噪聲、滿足要求的輸出電平、方便的多頻率輸 出轉(zhuǎn)換等。為此，變頻器通常都采用微波鎖相振蕩器和微波合成器作為本振頻率源。
[0003] 微波頻率合成的基本方式有兩種：直接式和間接式。直接式頻率合成具有轉(zhuǎn)換波 道快的特點，但頻率的四則運算是采用混頻、倍頻、分頻等技術(shù)，因而在工作過程中會產(chǎn)生 大量的諧波，需用濾波器來抑制，故設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本和體積增加。同時，高次倍頻還會造 成輸出信噪比變壞。因此，直接式頻率合成器的地球站中很少采用。
[0004] 間接式頻率合成是運用鎖相技術(shù)與數(shù)字分頻等技術(shù)結(jié)合對頻率進行四則運算，諧 波分量是利用鎖相環(huán)路的窄帶濾波特性加以濾除而不采用濾波器，間接式頻率合成器的方 案很多，衛(wèi)星通信地球站所采用的主要有混頻鎖相式、取樣鎖相式和數(shù)字分頻鎖相式三種。 常用星用頻綜采取的頻率合成方式為間接頻率合成，即鎖相頻率合成，但因相位噪聲性能 不夠優(yōu)越，不能滿足高度計高分辨率對頻綜低相位噪聲性能的要求。
[0005] 星用頻綜源通過將基頻信號經(jīng)多次倍頻、分頻、混頻后輸出所需X波段的頻點用 作雷達高度計分系統(tǒng)作本振信號。其中，X波段是指頻率在8-12GHZ的無線電波波段，在電 磁波譜中屬于微波。而在某些場合中，X波段的頻率范圍則為7-11. 2GHz。針對我國海洋環(huán) 境衛(wèi)星雷達高度計分系統(tǒng)指標要求，為了滿足高度計整機對測量精度高的需求，研制直接 頻率合成方案實現(xiàn)超低相位噪聲性能超低相位噪聲頻率源作為該系統(tǒng)本振信號有其必要 性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種超低相位噪聲頻綜源，采用直接頻率合成方案實現(xiàn)超 低相位噪聲性能。
[0007] 為達上述或其它目的，本發(fā)明提供了一種星用頻綜源，其包括：晶體振蕩器1，其 用于輸出的基頻信號Fr;頻率合成單元2,其用于經(jīng)倍頻、分頻、混頻后輸出所需X波段的頻 點；其中，所述頻率合成單元2具體包括：
[0008] 第一功分器3,其將所述基頻信號分為第一路信號和第二路信號；
[0009] 所述第一路信號依次輸入7倍頻器10、第一濾波器11、第一放大器12、5分頻器13 輸出7XFr + 5信號；
[0010] 所述第二路信號依次輸入8倍頻器4、第二濾波器5、第二放大器6輸出FrX8信 號；
[0011] 第二功分器，其將所述8 XFr信號分為第三路信號和第四路信號；
[0012] 所述第三路信號輸入第三濾波器8濾波后與所述7XFr + 5信號同時輸入變頻器 9獲得下變頻信號，所述下變頻信號再輸入第四濾波器14輸出FrX8 - 7XFr + 5信號；第 四路信號依次輸入5倍頻器18、第五濾波器19、4倍頻器20、第六濾波器21、第三放大器22 輸出FrX8X5X4信號；
[0013] 所述下變頻器9輸出的所述FrX8 - 7XFr + 5信號與所述FrX8X5X4信 號再依次輸入上變頻器15、第七濾波器16、第四放大器17輸出所需頻點信號FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4 ;
[0014] 所述8XFr信號功分7兩路，一路經(jīng)濾波8后與7XFr + 5信號進行下變頻9,再經(jīng) 濾波器14輸出FrX8 - 7XFr + 5信號；
[0015] 另一路FrX8信號經(jīng)5倍頻18、濾波19、4倍頻20濾波21、放大22輸出 FrX8X5X4信號；下變頻9輸出的FrX8 - 7XFr + 5信號與FrX8X5X4信號經(jīng)上變頻 15、濾波16、放大17輸出頻綜源所需頻點信號FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4 ;
[0016] 其中，用作取諧波的所述8倍頻器4、所述7倍頻器10、所述5倍頻器18、所述4倍 頻器20的輸出端分別與所述第二濾波器5、所述第一濾波器11、所述第五濾波器19、所述第 六濾波器21的輸入端直接連接。
[0017] 優(yōu)選地，輸入信號經(jīng)所述8倍頻器4、所述7倍頻器10、所述5倍頻器18、所述4倍 頻器20飽和放大后分別輸入到所述第二濾波器5、所述第一濾波器11、所述第五濾波器19、 所述第六濾波器21取所需諧波分量。
[0018] 優(yōu)選地，所選用取諧波的所述8倍頻器4、所述7倍頻器10、所述5倍頻器18、所述 4倍頻器20均為高增益、小電流的單片放大器。
[0019] 優(yōu)選地，連接在所述7倍頻器10后的所述第一濾波器11、所述8倍頻器4后的所 述第二濾波5均為窄帶LC濾波器。
[0020] 優(yōu)選地，連接在所述5倍頻器18后的所述第五濾波器19為介質(zhì)濾波器。
[0021] 優(yōu)選地，連接在所述4倍頻器20后的濾波器21為腔體濾波器。
[0022] 本發(fā)明另一實施例還提供了一種星用頻綜源的頻率合成方法，其包括以下步驟：
[0023] 通過第一功分器3將所述基頻信號分為第一路信號和第二路信號；
[0024] 所述第一路信號依次輸入7倍頻器10、第一濾波器11、第一放大器12、5分頻器13 輸出7XFr + 5信號；
[0025] 所述第二路信號依次輸入8倍頻器4、第二濾波器5、第二放大器6輸出FrX8信 號；
[0026] 通過第二功分器將所述8 XFr信號分為第三路信號和第四路信號；
[0027] 所述第三路信號輸入第三濾波器8濾波后與所述7XFr + 5信號同時輸入變頻器 9獲得下變頻信號，所述下變頻信號再輸入第四濾波器14輸出FrX8 - 7XFr + 5信號；
[0028] 第四路信號依次輸入5倍頻器18、第五濾波器19、4倍頻器20、第六濾波器21、第 三放大器22輸出FrX8X5X4信號；
[0029] 所述下變頻器9輸出的所述FrX8 - 7XFr + 5信號與所述FrX8X5X4信 號再依次輸入上變頻器15、第七濾波器16、第四放大器17輸出所需頻點信號FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4。
[0030] 所述8XFr信號功分7兩路，一路經(jīng)濾波8后與7XFr + 5信號進行下變頻9， 再經(jīng)濾波器14輸出FrX8 - 7XFr + 5信號；另一路FrX8信號經(jīng)5倍頻18、濾波19、4 倍頻20濾波21、放大22輸出FrX8X5X4信號；下變頻9輸出的FrX8 - 7XFr + 5信 號與FrX8X 5X4信號經(jīng)上變頻15、濾波16、放大17輸出頻綜源所需頻點信號FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4。
[0031] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下幾個優(yōu)點：
[0032] 1、較常規(guī)無源倍頻器，采用高增益、小電流的單片放大器實現(xiàn)有源倍頻，降低了功 耗，滿足星載項目對配套產(chǎn)品長期可靠性要求。
[0033] 2、采用單片放大器實現(xiàn)有源倍頻，降低了鏈路附加噪聲對信號相位噪聲的惡化， 有效提高配套產(chǎn)品相位噪聲性能。
[0034] 3、整機方案簡潔，易于實現(xiàn)，倍頻鏈路調(diào)試量少。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明星用頻綜源的結(jié)構(gòu)框圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明星用頻綜源的噪聲頻譜圖。
[0037] 附圖標記說明：
[0038] 1、晶體振蕩器；2、頻率合成單元；3、功分器；4、放大器；5、濾波器；6、放大器；7、 功分器；8、濾波器；9、混頻器；10、放大器；11、濾波器；12、放大器；13、5分頻器；14、濾波 器；15、混頻器；16、濾波器；17、放大器；18、放大器；19、濾波器；20、放大器；21、濾波器； 22、放大器。

【具體實施方式】
[0039] 圖1為本發(fā)明星用頻綜源的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā)明一實施例提供了一種 星用頻綜源，其包括：晶體振蕩器1，其用于輸出的基頻信號Fr ;頻率合成單元2,其用于經(jīng) 倍頻、分頻、混頻后輸出所需X波段的頻點；其中，所述頻率合成單元2具體包括：
[0040] 第一功分器3,其將所述基頻信號分為第一路信號和第二路信號；
[0041] 所述第一路信號依次輸入7倍頻器10、第一濾波器11、第一放大器12、5分頻器13 輸出7XFr + 5信號；
[0042] 所述第二路信號依次輸入8倍頻器4、第二濾波器5、第二放大器6輸出FrX8信 號；
[0043] 第二功分器，其將所述8 XFr信號分為第三路信號和第四路信號；
[0044] 所述第三路信號輸入第三濾波器8濾波后與所述7XFr + 5信號同時輸入變頻器 9獲得下變頻信號，所述下變頻信號再輸入第四濾波器14輸出FrX8 - 7XFr + 5信號；第 四路信號依次輸入5倍頻器18、第五濾波器19、4倍頻器20、第六濾波器21、第三放大器22 輸出FrX8X5X4信號；
[0045] 所述下變頻器9輸出的所述FrX8 - 7XFr + 5信號與所述FrX8X5X4信 號再依次輸入上變頻器15、第七濾波器16、第四放大器17輸出所需頻點信號FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4 ;
[0046] 所述8 X Fr信號功分7兩路，一路經(jīng)濾波8后與7 X Fr+ 5信號進行下變頻9,再經(jīng) 濾波器14輸出FrX8 - 7XFr + 5信號；
[0047] 另一路FrX8信號經(jīng)5倍頻18、濾波19、4倍頻20濾波21、放大22輸出 FrX8X5X4信號；下變頻9輸出的FrX8 - 7XFr + 5信號與FrX8X5X4信號經(jīng)上變頻 15、濾波16、放大17輸出頻綜源所需頻點信號FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4 ;
[0048] 其中，用作取諧波的所述8倍頻器4、所述7倍頻器10、所述5倍頻器18、所述4倍 頻器20的輸出端分別與所述第二濾波器5、所述第一濾波器11、所述第五濾波器19、所述第 六濾波器21的輸入端直接連接。
[0049] 所述晶體振蕩器采用低相噪的恒溫晶體濾波器，其相位噪聲性能優(yōu)于_153dBc/ HzOlkHz、-162dBc/Hz@10kHz。所述用于取諧波的放大器選用M/A-C0M公司的SMA66-3和 SMA4012,其余放大器均為M/A-C0M公司的SMA系列放大器；所述頻綜源中用作取諧波的放 大器輸出端直接連接濾波器，兩者之間無其他元器件。所述頻綜源中用變頻的混頻器均選 用陶瓷氣密封裝的混頻器；所述實現(xiàn)5分頻功能的分頻器為具有較低的相位噪聲基底性能 分頻器。
[0050] 所述頻綜源中接在倍頻后的濾波器為窄帶LC濾波器、窄帶介質(zhì)濾波器和窄帶腔 體濾波器。
[0051] 所述頻綜源中選用的裸芯片放大器為自制氣密封裝模塊，放大芯片為HMC565。
[0052] 所述頻綜源中射頻輸出接口設(shè)計阻抗均為50 Ω，前后均為隔直輸入輸出；電源接 口串接退耦網(wǎng)絡(luò)。
[0053] 圖2為本發(fā)明星用頻綜源合成頻率的噪聲頻譜圖，如圖2所示，采用本 發(fā)明的星用頻綜源，采集三個頻點，如，-94. 7516dBc/Hz@100Hz、-106. 8824dBc/ HzOlkHz，-122. 5676dBc/HZ@10kHz·由此可見，采用單片放大器實現(xiàn)有源倍頻，降低了鏈路 附加噪聲對信號相位噪聲的惡化，有效提高配套產(chǎn)品相位噪聲性能。
[0054] 作為一優(yōu)選實施例，所述用作倍頻功能的放大器8倍頻器4、7倍頻器10、5倍頻器 18、4倍頻器20是通過貼裝工藝焊接在雙層印制板上，再用螺釘將電路板固定在鋁殼體上； 所述用作倍頻功能的放大器4倍頻器20,由于功耗較大0. 3W)工藝步驟更改為先將印 制板通過貼裝工藝焊接在無氧銅襯底上，再將元器件通過貼裝工藝焊接在帶有襯底的電路 板上，以增加元器件底部的散熱面；所述第二濾波器5、所述第一濾波器11、所述第五濾波 器19、所述第六濾波器21的安裝槽均獨立成腔，避免因微波信號空間串?dāng)_影響濾波器的濾 波性能。
[0055] 所述頻綜源中為保證產(chǎn)品高可靠性所采用的散熱措施包括：印制板選用導(dǎo)熱率高 的材料（Arlon-CLTE-XT，導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)于0. 55);印制電路板設(shè)計為雙面板，正面為電路，背 面大面積覆銅接地；增加一定數(shù)量的接地過孔；增加印制板與機殼之間安裝孔的密度。
[0056] 所述頻綜源中為保證產(chǎn)品高可靠性所采用的抗力學(xué)措施包括：所述頻綜源中的腔 體結(jié)構(gòu)是一體化結(jié)構(gòu)，從一塊整鋁上，進行合理的構(gòu)形和布局，經(jīng)過機加工成形成許多微波 腔，該機械結(jié)構(gòu)較多模塊組裝結(jié)構(gòu)具有更好的剛性。
[0057] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均屬于本發(fā)明技術(shù) 方案的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種星用頻綜源，其包括： 晶體振蕩器（1)，其用于輸出的基頻信號Fr ; 頻率合成單元（2)，其用于經(jīng)倍頻、分頻、混頻后輸出所需X波段的頻點； 其中，所述頻率合成單元（2)具體包括： 第一功分器（3)，其將所述基頻信號分為第一路信號和第二路信號； 所述第一路信號依次輸入7倍頻器（10)、第一濾波器（11)、第一放大器（12)、5分頻器 (13)輸出7XFr + 5信號； 所述第二路信號依次輸入8倍頻器（4)、第二濾波器（5)、第二放大器（6)輸出FrX8 信號； 第二功分器，其將所述FrX 8信號分為第三路信號和第四路信號； 所述第三路信號輸入第三濾波器（8)濾波后與所述7XFr + 5信號同時輸入變頻器（9) 獲得下變頻信號，所述下變頻信號再輸入第四濾波器（14)輸出FrX8 - 7XFr + 5信號； 第四路信號依次輸入5倍頻器（18)、第五濾波器（19)、4倍頻器（20)、第六濾波器 (21)、第三放大器（22)輸出FrX8X5X4信號； 所述下變頻器（9)輸出的所述FrX8 - 7XFr + 5信號與所述FrX8X5X4信號再 依次輸入上變頻器（15)、第七濾波器（16)、第四放大器（17)輸出所需頻點信號FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4 ; 所述8XFr信號功分（7)兩路，一路經(jīng)濾波（8)后與7XFr + 5信號進行下變頻（9)， 再經(jīng)濾波器（14)輸出FrX8 - 7XFr + 5信號；另一路FrX8信號經(jīng)5倍頻（18)、濾波 (19)、4倍頻（20)濾波（21)、放大（22)輸出？^8\5\4信號；下變頻（9)輸出的？^8 - 7XFr + 5信號與FrX8X5X4信號經(jīng)上變頻（15)、濾波（16)、放大（17)輸出頻綜源所需頻 點信號 FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4 ; 其中，用作取諧波的所述8倍頻器（4)、所述7倍頻器（10)、所述5倍頻器（18)、所述4 倍頻器（20)的輸出端分別與所述第二濾波器（5)、所述第一濾波器（11)、所述第五濾波器 (19)、所述第六濾波器（21)的輸入端直接連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種星用頻綜源，其特征在于：輸入信號經(jīng)所述8倍頻器 (4)、所述7倍頻器（10)、所述5倍頻器（18)、所述4倍頻器（20)飽和放大后分別輸入到所 述第二濾波器（5)、所述第一濾波器（11)、所述第五濾波器（19)、所述第六濾波器（21)取所 需諧波分量。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種星用頻綜源，其特征在于：所選用取諧波的所述8倍 頻器（4)、所述7倍頻器（10)、所述5倍頻器（18)、所述4倍頻器（20)均為高增益、小電流 的單片放大器。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種星用頻綜源，其特征在于：連接在所述7倍頻器（10)后 的所述第一濾波器（11)、所述8倍頻器（4)后的所述第二濾波（5)均為窄帶LC濾波器。
5. 按照權(quán)利要求1所述的一種星用頻綜源，其特征在于：連接在所述5倍頻器（18)后 的所述第五濾波器（19)為介質(zhì)濾波器。
6. 按照權(quán)利要求1所述的一種星用頻綜源，其特征在于：連接在所述4倍頻器（20)后 的濾波器（21)為腔體濾波器。
7. -種星用頻綜源的頻率合成方法，其包括以下步驟： 通過第一功分器（3)將所述基頻信號分為第一路信號和第二路信號； 所述第一路信號依次輸入7倍頻器（10)、第一濾波器（11)、第一放大器（12)、5分頻器 (13)輸出7XFr + 5信號； 所述第二路信號依次輸入8倍頻器（4)、第二濾波器（5)、第二放大器（6)輸出FrX8 信號； 通過第二功分器將所述8 XFr信號分為第三路信號和第四路信號； 所述第三路信號輸入第三濾波器（8)濾波后與所述7XFr + 5信號同時輸入變頻器（9) 獲得下變頻信號，所述下變頻信號再輸入第四濾波器（14)輸出FrX8 - 7XFr + 5信號； 第四路信號依次輸入5倍頻器（18)、第五濾波器（19)、4倍頻器（20)、第六濾波器 (21)、第三放大器（22)輸出FrX8X5X4信號； 所述下變頻器（9)輸出的所述FrX8 - 7XFr + 5信號與所述FrX8X5X4信號再 依次輸入上變頻器（15)、第七濾波器（16)、第四放大器（17)輸出所需頻點信號FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4。 所述8XFr信號功分（7)兩路，一路經(jīng)濾波（8)后與7XFr + 5信號進行下變頻（9)， 再經(jīng)濾波器（14)輸出FrX8 - 7XFr + 5信號；另一路FrX8信號經(jīng)5倍頻（18)、濾波 (19)、4倍頻（20)濾波（21)、放大（22)輸出？^8\5\4信號；下變頻（9)輸出的？^8 - 7XFr + 5信號與FrX8X5X4信號經(jīng)上變頻（15)、濾波（16)、放大（17)輸出頻綜源所需頻 點信號 FrX8 - 7XFr + 5+FrX8X5X4。
【文檔編號】H03L7/18GK104065381SQ201410249750
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】徐建華, 羅運生, 周明, 汪宇 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所