一種低相噪低雜散快捷變頻率合成器的製造方法
2023-06-18 09:46:56 1
一種低相噪低雜散快捷變頻率合成器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器，通過創新的相位噪聲預計方法，合理選擇器件，實現低的相位噪聲；通過鎖相環頻率預置、微波開關切換，實現頻率快捷變；同時採用特殊的隔離結構，以及信號幅度在腔體結構中的合理分配，保證頻率合成器的低雜散。實現多頻率輸出的頻率合成器滿足低相噪低雜散快捷變的要求。
【專利說明】一種低相噪低雜散快捷變頻率合成器
【技術領域】
[0001]本發明涉及頻率合成器領域，尤其涉及一種低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器。
【背景技術】
[0002]頻率合成器是雷達和通信等電子設備的核心部件，其主要的技術指標包括相位噪聲、雜散抑制、跳頻速度等。頻率合成器相位噪聲的高低直接決定發射頻譜的邊帶信號幅度的大小，高的邊帶信號在脈衝壓縮後的副瓣會掩蓋弱小目標探測，降低雷達的距離探測性能；在頻率合成器的雜散電平較高時，會在接收回波中產生成對的虛假信號，且加寬主瓣寬度，降低雷達的距離解析度；現代雷達面臨複雜的電磁環境，其抗幹擾性能決定雷達的戰場生存能力，而頻率捷變是一種有效的抗幹擾措施，跳頻速度是捷變頻雷達的重要指標之一。[0003]目前的頻率合成的主要方法有:模擬直接頻率合成、鎖相環(PLL)和直接數字頻率合成(DDS)。在實際工程應用中，用傳統的直接數字頻率合成可以獲得良好的相位噪聲，但需要大量的混頻和倍頻鏈路，引入非線性分量，電路複雜，雜散指標難以控制；PLL方式能獲得較高的雜散抑制，但跳頻速度通常在100--s量級，難以滿足頻率捷變的要求；若採用直接數字合成方式，跳頻速度可以滿足要求，但雜散指標難以控制。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提供了一種低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器，包括恆溫晶振、第一功分器，第二功分器、第次雷達本振環、第二一次雷達本振環、二次雷達本振環、調製器、放大器，若干微波開關，第一二選一微波開關、第二二選一微波開關；它們的連接關係為:
第一功分器輸入端與恆溫晶振連接，輸出端分別連接第次雷達本振環、第二一次雷達本振環；所述第一一次雷達本振環、第二一次雷達本振環的輸出端分別通過一個微波開關連接到第一二選一微波開關的接頭上，該第一二選一微波開關再與第二功分器輸入端連接；
第二功分器一個輸出端與調製器、放大器順次連接，輸出調製信號，另一個輸出端連接一個微波開關後連接第二二選一微波開關的一個接頭，所述第二二選一微波開關的另一個接頭則通過一個微波開關連接二次雷達本振環，所述第二二選一微波開關輸出本振信號。
[0005]進一步的，所述第--次雷達本振環、第二一次雷達本振環構造相同:均包含衰減
器、壓力振蕩器、鑑相器、環路濾波器、單片機；所述單片機與鑑相器輸入端連接，用於提供工作頻控碼；所述鑑相器與環路濾波器、壓控振蕩器、衰減器順次連接構成迴路，環路濾波器的輸出端連接衰減器，所述衰減器與一個微波開關連接。
[0006]進一步的,所述第次雷達本振環和/或第二一次雷達本振環第次雷達本振環、第二一次雷達本振環、二次雷達本振環置於不同的金屬隔離腔體。
[0007]進一步的，還包括若干下部具有凹槽的隔條，各個微波開關和/或各個二選一微波開關置於其對應的隔條的凹槽中。
[0008]進一步的，鑑相器的相位噪聲估算值公式為:
PN=Pfioor+20 logN+101ogFr
其中:PN為相位噪聲估算值；Pra為晶振的相位噪聲；N為倍頻數；PflOT為鑑相器相位噪聲基底；Fr為鑑相頻率。
[0009]進一步的，鑑相器晶片型號為ADF4106。
[0010]本發明的有益效果是:
1.實現一、二次雷達頻率合成器融合設計，改變了傳統需兩獨立的頻率合成器的設
計；
2.採用低相噪鎖相頻率合成式設計，實現了較高的相噪聲指標；一次雷達本振採用了雙環「桌球」模式進行切換實現了快速跳頻；
3.通過合理的結構布局和合適的電平切換，各個本振環採用獨立的屏蔽腔，微波開關安裝固定在隔條中，使雜散得到更好的抑制；
4.本發明指標如下:相噪 指標為-105dBc/HZ@lKHZ，雜散抑制為≥70dBc，頻率捷變速度< l--s。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明系統框圖。
[0012]圖2為本發明所述隔條示意圖。
【具體實施方式】
[0013]本發明的設計構思為:通過創新的相位噪聲預計方法，合理選擇器件，實現低的相位噪聲；通過鎖相環頻率預置、微波開關切換，實現頻率快捷變；同時採用特殊的隔離結構，以及信號幅度在腔體結構中的合理分配，保證頻率合成器的低雜散。實現多頻率輸出的頻率合成器滿足低相噪低雜散快捷變的要求。
[0014]下面對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0015]如圖1所示，本發明包括恆溫晶振、第一功分器，第二功分器、第一一次雷達本振環、第二一次雷達本振環、二次雷達本振環、調製器、放大器，若干微波開關，第一二選一微波開關、第二二選一微波開關。它們的連接關係為:
第一功分器輸入端與恆溫晶振連接，輸出端分別連接第次雷達本振環、第二一次雷達本振環的鑑相器；所述第一一次雷達本振環、第二一次雷達本振環的輸出端分別通過一個微波開關連接到第一二選一微波開關的接頭上，該第一二選一微波開關再與第二功分器輸入端連接；
第二功分器一個輸出端與調製器、放大器順次連接，輸出調製信號，另一個輸出端連接一個微波開關後連接第二二選一微波開關的一個接頭，所述第二二選一微波開關的另一個接頭則通過一個微波開關連接二次雷達本振環，所述第二二選一微波開關輸出本振信號。
[0016]所述第一一次雷達本振環、第二一次雷達本振環構造相同:均均包含衰減器、壓力振蕩器、鑑相器、環路濾波器、單片機；所述單片機與鑑相器輸入端連接，用於提供工作頻控碼；所述鑑相器與環路濾波器、壓控振蕩器、衰減器順次連接構成迴路，環路濾波器的輸出端還與衰減器、一個微波開關順次連接。所述第一一次雷達本振環、第二一次雷達本振環的微波開關另一端則連接到一個第一二選一切換微波開關接頭上，該第一二選一微波開關再與第二功分器輸入端連接，第二功分器一個輸出端與調製器、放大器順次連接，輸出調製信號；另一個輸出端連接一個微波開關後連接一個二選一微波開關的一個接頭，該二選一微波開關的另一個接頭則通過一個微波開關連接二次雷達本振環，該二選一微波開關輸出本振信號。
[0017]下面對本發明的工作原理進行說明。
[0018]本發明融合了一、二次雷達頻率源，一、二次雷達接收本振通過第二二選一微波開關切換從同一埠輸出，一、二次雷達發射調製信號通過微波開關切換從同一埠輸出。
[0019]一次雷達本振環和二次雷達本振環均採用PLL (鎖相迴路或鎖相環)方式。
[0020]為保證一次雷達本振的快捷變，本發明採用兩個鎖相環按「桌球工作模式」，具體工作流程如下:當雷達工作在第一一次雷達本振環時，對第二一次雷達本振環的單片機的引腳預置下一工作頻控碼；反之，當雷達工作在第二一次雷達本振環時，對第一一次雷達本振環的單片機的引腳預置下一工作頻控碼，輸出兩個一次雷達本振環的微波開關及第一二選一微波開關選擇輸出，以實現快速跳頻。
[0021]作為對現有技術的另一個貢獻，本發明提出了新的相位噪聲估算方法:傳統的相位噪聲只考慮在晶振上的倍頻惡化(見公式1)，而在本發明的頻率合成器的相位噪聲估計中，為保證本頻率合成器的低相位噪聲指標要求，不單考慮了傳統的晶振噪聲基底倍頻惡化的影響，還結合考慮了頻率合成器晶片的鑑相器的相位噪聲基底倍頻惡化的影響(見公式2)
^#=Pocxo+201ogN..........................(I)
PN=Pf ioor+2010 gN+1010 gFr.................(2)
其中:PN為相位噪聲估算值(dBc/Hz)；
Pocxo為晶振的相位噪聲(dBc/Hz)；
N為倍頻數；
Pfloor為鑑相器相位噪聲基底(dBc/Hz)；
Fr為鑑相頻率(Hz)。
[0022]因此，實現本發明需要在選擇具有低相位噪聲的恆溫晶振的前提下，還需選擇噪聲基底較低的鑑相器晶片，如ADF4106(-219dBc/Hz);在鎖相電路原理中，壓控振蕩器的相位噪聲只對頻率的遠端噪聲有疊加，這是基於環路濾波器對於壓控振蕩器的噪聲相當於一高通濾波器。在本發明設計中，為保證頻率源較高的相位噪聲指標，充分考慮了環路濾波器對VCO近端噪聲抑制性能對頻率源相位噪聲的影響，在壓控振蕩器選型中對其近端的相位噪聲也提出較高的要求，以保證本頻率合成器滿足低的相位噪聲指標要求。
[0023]由於頻率合成器中頻率成分較多，高雜散抑制也是關鍵。優選的，本發明為降低雜散電平，在滿足頻率步進(IOMHz)要求的前提下，選取最大的鑑相頻率(Fr:1OMHz);為了防止各頻率成分的串擾、疊加，不同的本振環置於不同的金屬隔離腔體中，防止空間輻射；同時，為保證一、二次雷達本振切換從同一埠輸出的隔離度，採用兩級微波開關進行切換(第次雷達本振環為其連接的微波開關與第一二選一微波開關，第二一次雷達本振環為其連接的微波開關與第一二選一微波開關)。切換前，儘量採用小信號，並將各個微波開關放置在類似如圖2所示的、在下部具有凹槽的隔條中，減小切換微波開關的兩端的輻射串擾。
[0024]此外，在本發明中，為保證雜散指標，還採取了如下措施:一是加強了各有源器件的電源濾波電路設計，讓濾波電路靠近器件的電源管腳。具體電路設計時在鑑相器、VCO和單片機電源管腳LC濾波電路，防止各有源器件內雜的散信號串繞到電源上，最終調製在本振信號上，形成雜散信號；二是採用大面積接地，減小接地線阻抗。印製板設計時所有器件裝在雙面板的一面上，另一面全為接地面，安裝固定在金屬腔體上，形成大面積接地；三是在印製線布局時，單片機頻控等數據線和其它有源器件的電源線避免平行走線，走線採用垂直布局，減小低頻信號串擾到電源上，避免數字低頻信號調製到射頻信號上，形成本振信號的近端雜散信號。
[0025]本發明的頻率合成器用於為融合一、二次雷達的整機提供發射調製信號和接收本振信號，為整機提供相參的時鐘信號，內部頻率成分複雜；一、二次雷達的本振信號通過切換從同一埠輸出，一、二次雷達的調製信號同樣通過微波微波開關切換從同一埠切換輸出，這就增加雜散控制的難度。
[0026]本發明的有益效果是: 1.實現一、二次雷達頻率合成器融合設計，改變了傳統需兩獨立的頻率合成器設計；
2.採用低相噪鎖相頻率合成式設計，實現了較高的相噪聲指標；一次雷達本振採用了雙環「桌球」模式進行切換實現了快速跳頻；
3.通過合理的結構布局和合適的電平切換，各個本振環採用獨立的屏蔽腔，微波開關安裝固定隔條中，使雜散得到更好的抑制；
4.本發明指標如下:相噪指標為-105dBc/HZ@lKHZ，雜散抑制為≥70dBc，頻率捷變速度≤ l--s。
【權利要求】
1.一種低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器，其特徵在於，包括恆溫晶振、第一功分器，第二功分器、第一一次雷達本振環、第二一次雷達本振環、二次雷達本振環、調製器、放大器，若干微波開關，第一二選一微波開關、第二二選一微波開關；它們的連接關係為: 第一功分器輸入端與恆溫晶振連接，輸出端分別連接第次雷達本振環、第二一次雷達本振環；所述第一一次雷達本振環、第二一次雷達本振環的輸出端分別通過一個微波開關連接到第一二選一微波開關的接頭上，該第一二選一微波開關再與第二功分器輸入端連接； 第二功分器一個輸出端與調製器、放大器順次連接，輸出調製信號，另一個輸出端連接一個微波開關後連接第二二選一微波開關的一個接頭，所述第二二選一微波開關的另一個接頭則通過一個微波開關連接二次雷達本振環，所述第二二選一微波開關輸出本振信號。
2.如權利要求1所述的低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器，其特徵在於，所述第一一次雷達本振環、第二一次雷達本振環構造相同:均包含衰減器、壓力振蕩器、鑑相器、環路濾波器、單片機；所述單片機與鑑相器輸入端連接，用於提供工作頻控碼；所述鑑相器與環路濾波器、壓控振蕩器、衰減器順次連接構成迴路，環路濾波器的輸出端連接衰減器，所述衰減器與一個微波開關連接。
3.如權利要求1或2所述的低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器，其特徵在於，所述第次雷達本振環和/或第二一次雷達本振環第次雷達本振環、第二一次雷達本振環、二次雷達本振環置於不同的金屬隔離腔體。
4.如權利要求1或2所述的低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器，其特徵在於，還包括若干下部具有凹槽的隔條，各個微波開關和/或各個二選一微波開關置於其對應的隔條的凹槽中。
5.如權利要求1所述的低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器，其特徵在於，鑑相器的相位噪聲估算值公式為:
PN=Pfioor+20 logN+101ogFr 其中:PN為相位噪聲估算值；Ptjara為晶振的相位噪聲； N為倍頻數；PfloOT為鑑相器相位噪聲基底；Fr為鑑相頻率。
6.如權利要求1所述的低相噪低雜散快捷變微波頻率合成器，其特徵在於，鑑相器的相位噪聲估算值公式為:
PN=Pfioor+20 logN+101ogFr 其中:PN為相位噪聲估算值；Ptjara為晶振的相位噪聲； N為倍頻數；Pfl00T為鑑相器相位噪聲基底；Fr為鑑相頻率。
【文檔編號】H03L7/16GK103888134SQ201410140234
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月9日 優先權日:2014年4月9日
【發明者】馮江華 申請人:四川九洲電器集團有限責任公司