一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及射頻和微波電子領(lǐng)域，具體地，涉及一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波 源。
【背景技術(shù)】
[0002] 高相噪的頻率信號(hào)源是現(xiàn)代射頻和微波電子系統(tǒng)的心臟，其性能直接影響整個(gè)電 子系統(tǒng)。隨著無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，特別是在現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境中，要提高接收機(jī)的信號(hào)截 獲能力和動(dòng)態(tài)范圍，需對(duì)頻率合成器進(jìn)行捷變頻和低相噪設(shè)計(jì)；其中傳統(tǒng)的高相噪頻率源 是由DR0和YIG經(jīng)過(guò)模擬鑒相器其中鎖相輸出得到；DR0的缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬帶多頻點(diǎn)，所 以DR0在點(diǎn)頻工作時(shí)具有很大的優(yōu)勢(shì)；YIG的缺點(diǎn)是成本高、鎖相時(shí)間慢。占有由于其高昂 的成本、鎖相頻率帶寬窄、體積大、頻率步進(jìn)大的特點(diǎn)，所以在結(jié)構(gòu)加工，材料的焊接工藝等 方面很難保證相關(guān)技術(shù)要求，或者就是結(jié)構(gòu)復(fù)雜不容易調(diào)試，大批量生產(chǎn)受到限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，該寬帶微 波源組件結(jié)構(gòu)緊湊，容易調(diào)試，相位噪聲高，接收機(jī)接收的靈敏度好。
[0004] 本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源， 包括屏蔽盒體、位于屏蔽盒體內(nèi)的基板和安裝在基板上的微波電路，所述微波電路包括頻 綜、耦合器、L0本振和混頻器，其中的頻綜與耦合器相連，處理后的信號(hào)從耦合器輸出，L0 本振和混頻器連接，在耦合器和混頻器之間依次連接低噪聲放大器b和低通濾波器c，混頻 器向前傳輸信號(hào)依次連接低通濾波器b、低噪聲放大器a、低通濾波器a和頻綜上的鎖相環(huán) 電路；所述L0本振由晶振依次經(jīng)過(guò)低噪聲放大器c、倍頻電路、帶通濾波器a、低噪聲放大器 d和帶通濾波器b處理后得到，其中的晶振還與頻綜上的鎖相環(huán)電路連接。
[0005] 其中的倍頻電路是由階躍恢復(fù)二極管的諧波倍頻完成，階躍恢復(fù)二極管是一種具 有很強(qiáng)非線性導(dǎo)電特性的二極管元件，它的諧波產(chǎn)生效率可以接近1/n，這里n表示諧波次 數(shù)。階躍恢復(fù)二極管倍頻不需要空閑電路，使微波電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單和緊湊。該微波源的產(chǎn) 生采用混頻鎖相的方式，混頻鎖相方式增加了頻率搬移電路,通過(guò)在反饋支路對(duì)輸出頻率 進(jìn)行下移，從而降低了環(huán)路分頻比，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出相位噪聲的改善，，提高相位噪聲，從而 提高了接收機(jī)接收信號(hào)的靈敏度。為了避免干擾和雜訊，所述屏蔽盒體包括兩個(gè)，分別為盒 體a和盒體b，盒體b位于盒體a中，整個(gè)微波電路均位于盒體a中，其中微波電路上的倍頻 電路、帶通濾波器a、低噪聲放大器d和帶通濾波器b還位于盒體b中。由于倍頻電路部分 和帶通濾波器比較特殊，對(duì)屏蔽盒體的屏蔽效果要求高，若屏蔽效果做的不好容易出現(xiàn)干 擾和雜訊，該處采用單獨(dú)的屏蔽盒體b來(lái)安裝倍頻電路部分和帶通濾波器。
[0006] 進(jìn)一步的，位于盒體b中的電路與位于盒體a中的電路之間通過(guò)射頻同軸連接器 SMA連接。位于不同屏蔽盒體內(nèi)的電路之間通過(guò)射頻同軸SMA連接器連接。此連接器傳輸 損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊，抗振和電磁屏蔽性能優(yōu)異；分置的屏蔽盒體使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰，裝配 更簡(jiǎn)單，且由于其屏蔽性使得系統(tǒng)本身性能不因相互干擾而降低。
[0007] 為了進(jìn)一步縮小體積，使組件更緊湊，所述鎖相環(huán)電路為單片集成鎖相環(huán)芯片。其 集成度較高，利于小型化涉及，此外還可應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)成熟電路來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述晶振為溫補(bǔ)晶振。其振蕩頻率穩(wěn)定，可補(bǔ)償因溫度 變化產(chǎn)生漂移，性能更穩(wěn)定。
[0009] 為了使性能更穩(wěn)定，所述基板為寬介電常數(shù)羅杰斯覆銅箔基板。其為國(guó)產(chǎn)微波板， 介電常數(shù)寬，并具有優(yōu)異的機(jī)械、化學(xué)和物理電氣性能。
[0010] 為了進(jìn)一步的縮小體積，所述壓控振蕩器、倍頻器、帶通濾波器a、帶通濾波器b、 低通濾波器a、低通濾波器b和低通濾波器c均為表貼封裝的MMIC芯片。這就可以極大減 小整個(gè)電路體積，便于組件的小型化設(shè)計(jì)。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述頻綜包括依次連接的控制器、鎖相環(huán)電路和壓控 振蕩器，壓控振蕩器和耦合器連接。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器為FPGA控制器。頻綜中的控制器選用 FPGA，頻綜控制程序燒錄在FPGA的存儲(chǔ)器中，便于在線修改和重復(fù)擦寫(xiě)，用于控制寬帶微 波頻綜鎖相中的相關(guān)運(yùn)算及頻率輸出。此外，控制器還可采用其它邏輯器件。
[0013] 優(yōu)選的，所述屏蔽盒體為鋁質(zhì)屏蔽盒體。鋁是一種成本較低，且同比其他低成本金 屬絕緣性較好的介質(zhì)。
[0014] 綜上，本發(fā)明的有益效果是： 1、頻綜選用簡(jiǎn)單的三線串口控制、高工作頻率、低相噪的單片集成鎖相環(huán)芯片，以及具 有超低噪聲、低環(huán)路電壓和較高輸出功率等優(yōu)點(diǎn)的集成壓控振蕩器搭建而成，通過(guò)FPGA控 制實(shí)現(xiàn)低相噪的頻綜輸出，頻綜輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)定向耦合器輸出；保證了倍頻后的本振和 頻綜耦合輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻器混頻輸出，混頻輸出的中頻信號(hào)進(jìn)行反串到輸出端，從而 避免了中頻信號(hào)對(duì)頻綜輸出的信號(hào)進(jìn)行干擾。
[0015] 2、應(yīng)用高介電常數(shù)、低損耗的材料作為基板，電路經(jīng)過(guò)軟件的仿真設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了較 小的插入損耗和較大的帶外抑制；此外由于電路中各部件均采用超小型表貼封裝，外圍電 路較少，節(jié)省了PCB版面空間，有利于整體小型化設(shè)計(jì)；模塊間的連接使用射頻同軸SMA連 接器，使得結(jié)構(gòu)緊湊，裝配更為簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明中微波電路原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式 不限于此。
[0018] 實(shí)施例1 : 如圖1所示，本發(fā)明包括屏蔽盒體、位于屏蔽盒體內(nèi)的基板和安裝在基板上的微波電 路，所述微波電路包括頻綜、耦合器、L0本振和混頻器，其中的頻綜與耦合器相連，處理后的 信號(hào)從耦合器輸出，L0本振和混頻器連接，在耦合器和混頻器之間依次連接低噪聲放大器 b和低通濾波器c，混頻器向前傳輸信號(hào)依次連接低通濾波器b、低噪聲放大器a、低通濾波 器a和頻綜上的鎖相環(huán)電路；所述L0本振由晶振依次經(jīng)過(guò)低噪聲放大器c、倍頻電路、帶通 濾波器a、低噪聲放大器d和帶通濾波器b處理后得到，其中的晶振還與頻綜上的鎖相環(huán)電 路連接。
[0019] 其中的頻綜、倍頻器、帶通濾波器在相關(guān)電磁場(chǎng)仿真軟件中建立整個(gè)器件的模型， 設(shè)定并求解相關(guān)參數(shù)，以便得到最佳性能，調(diào)試方便。調(diào)試出的最佳輸出頻率為4-SCHz， 輸出功率15dBm，相位噪聲為-90dBc/Hz;雜散輸出為-70dBc;諧波抑制：30dBc;工作 溫度：_40°C+70°C;頻率穩(wěn)定度：士 300ppb(全溫）；工作電流：+5V(500mA);12V (300mA)〇
[0020] 在充分考慮參考信號(hào)、壓控振蕩器VC0和鑒相器引入相位擾動(dòng)的基礎(chǔ)上，忽略一 些次要因素，可建立圖1所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)相位噪聲疊加模型，如圖1所示。將噪聲源進(jìn)行疊加， 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單地推導(dǎo)，可得出系統(tǒng)單邊帶相位噪聲功率譜密度為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，包括屏蔽盒體、位于屏蔽盒體內(nèi)的 基板和安裝在基板上的微波電路，所述微波電路包括頻綜、禪合器、L0本振和混頻器，其中 的頻綜與禪合器相連，處理后的信號(hào)從禪合器輸出，L0本振和混頻器連接，在禪合器和混頻 器之間依次連接低噪聲放大器b和低通濾波器C，混頻器向前傳輸信號(hào)依次連接低通濾波 器b、低噪聲放大器a、低通濾波器a和頻綜上的鎖相環(huán)電路；所述L0本振由晶振依次經(jīng)過(guò) 低噪聲放大器C、倍頻電路、帶通濾波器a、低噪聲放大器d和帶通濾波器b處理后得到，其 中的晶振還與頻綜上的鎖相環(huán)電路連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，所述屏蔽 盒體包括兩個(gè)，分別為盒體a和盒體b，盒體b位于盒體a中，整個(gè)微波電路均位于盒體a 中，其中微波電路上的倍頻電路、帶通濾波器a、低噪聲放大器d和帶通濾波器b還位于盒體 b中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，位于盒體b 中的電路與位于盒體a中的電路之間通過(guò)射頻同軸連接器SMA連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在 于，所述鎖相環(huán)電路為單片集成鎖相環(huán)芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，所述晶振 為溫補(bǔ)晶振。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，所述基板 為寬介電常數(shù)羅杰斯覆銅鉛基板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，所述壓控 振蕩器、倍頻器、帶通濾波器a、帶通濾波器b、低通濾波器a、低通濾波器b和低通濾波器C 均為表貼封裝的匪1C芯片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，所述頻綜 包括依次連接的控制器、鎖相環(huán)電路和壓控振蕩器，壓控振蕩器和禪合器連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，所述控制 器為FPGA控制器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，其特征在于，所述屏蔽 盒體為鉛質(zhì)屏蔽盒體。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種混頻鎖相的高相噪寬帶微波源，包括屏蔽盒體、位于屏蔽盒體內(nèi)的基板和安裝在基板上的微波電路，所述微波電路包括頻綜、耦合器、LO本振和混頻器，其中的頻綜與耦合器相連，處理后的信號(hào)從耦合器輸出，LO本振和混頻器連接，在耦合器和混頻器之間依次連接低噪聲放大器b和低通濾波器c，混頻器向前傳輸信號(hào)依次連接低通濾波器b、低噪聲放大器a、低通濾波器a和頻綜上的鎖相環(huán)電路；所述LO本振由晶振依次經(jīng)過(guò)低噪聲放大器c、倍頻電路、帶通濾波器a、低噪聲放大器d和帶通濾波器b處理后得到，其中的晶振還與頻綜上的鎖相環(huán)電路連接。本發(fā)明通過(guò)上述原理，該寬帶微波源組件結(jié)構(gòu)緊湊，容易調(diào)試，相位噪聲高，接收機(jī)接收的靈敏度好。
【IPC分類】H03L7-093
【公開(kāi)號(hào)】CN104682955
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510093559
【發(fā)明人】王文林, 劉玉業(yè)
【申請(qǐng)人】成都寶通天宇電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月2日