一種諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法
2023-12-11 00:26:17 4
一種諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法，其與現有技術相比，通過採用新穎的基於取樣鑑相器的諧波混頻鎖相介質振蕩器電路結構，省去了取樣鎖相的擴捕電路，減少調試，穩定可靠，利於量產。同時又避免了數字分頻鎖相使用N次微波分頻器造成的環路相噪惡化。包括氣密封裝體積小於40mm×40mm×12.5mm，集成度較高。
【專利說明】一種諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種諧波混頻鎖相介質振蕩器，屬於微波鎖相環領域。
【背景技術】
[0002] 鎖相介質振蕩器被廣泛應用於各種微波組件和系統中，以實現為系統和電路提供 穩定可靠的低相位噪聲頻率源。
[0003] 到目前為止，傳統的鎖相介質振蕩器主要分為取樣鎖相介質振蕩器和分頻鎖相介 質振蕩器兩大類。取樣鎖相介質振蕩器的穩定性和可靠性問題以及其較大的調試量是困擾 該技術的問題。而分頻鎖相介質振蕩器雖解決了穩定性、可靠性和調試量的問題，但是相位 噪聲由於引入了 N分頻器而造成相位噪聲大幅惡化。
[0004] 混頻鎖相可以較大程度上改善相位噪聲的惡化，在現在的工程中也有較多應用。 但是一般的混頻鎖相方案多是採用單獨的倍頻鏈將參考信號倍頻後再和振蕩器信號混頻 產生中頻信號進行鎖相。這樣的設計電路結構複雜，電路體積較大。而採用新穎的基於取 樣鑑相器的諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法設計的鎖相振蕩器，不但獲得了遠優於傳統 分頻鎖相電路的相位噪聲，同時將電路形式大大簡化，使得採用該方法設計的電路體積大 幅減小，在現代的通訊或導引設備中的應用前景更為廣闊。
【發明內容】
[0005] 發明目的：本發明提出一種諧波混頻鎖相介質振蕩器，省去了取樣鎖相電路中的 擴捕電路，並且具有低相位噪聲的特點。
[0006] 技術方案：本發明採用的技術方案為一種諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法，包 括以下步驟：
[0007] 1)利用非線性元件產生參考信號的N次諧波分量，N為正整數；
[0008] 2)所述N次諧波分量與來自介質振蕩器的振蕩信號混頻，混頻後的信號中選擇頻 率小於三分之一參考信號頻率的信號作為中頻信號；
[0009] 3)該中頻信號與參考信號進行相位比較，並根據比較結果調節介質振蕩器振蕩信 號的頻率，使振蕩信號頻率大於N次諧波分量頻率與中頻信號頻率之差，並且小於N次諧波 分量頻率與三分之一參考信號頻率之和，直到振蕩信號與參考信號頻率、相位相等。
[0010] 優選地，所述步驟1)中非線性元件為階躍恢復二極體。所述介質振蕩器為電調介 質振蕩器。所述N為140。
[0011] 有益效果：本發明與現有技術相比，通過採用新穎的基於取樣鑑相器的諧波混頻 鎖相介質振蕩器電路結構，省去了取樣鎖相的擴捕電路，減少調試，穩定可靠，利於量產。同 時又避免了數字分頻鎖相使用N次微波分頻器造成的環路相噪惡化。包括氣密封裝體積小 於40mmX40mmX 12. 5謹,集成度較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明的信號流示意圖；
[0013] 圖2為本發明使用在Ku波段中的測試結果圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明 本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各 種等同形式的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
[0015] 電調介質振蕩器本身的振蕩頻率和相位可能會有偏差，所以一般都與鑑相器及濾 波器構成鎖相環，以提供穩定的信號源。
[0016] 如圖1所示，首先參考信號經過放大激勵電路加載到取樣鑑相器的階躍恢復二極 管（SRD)上產生豐富的諧波分量，其中的N次諧波分量是我們所需要的，N為正整數。之所 以選用取樣鑑相器，是因為它含有階躍恢復二極體（SRD)以及平衡混頻器。SRD具有極為陡 峭的下降沿，因而容易產生高次諧波。
[0017] 經過濾波器的選擇，該N次諧波分量在取樣鑑相器的平衡混頻器中與來自電調介 質振蕩器的振蕩信號混頻，混頻後的信號經過中頻放大器選擇其中頻率小於三分之一參考 信號頻率的部分作為中頻信號。
[0018] 所述中頻信號與參考信號在數字鑑頻鑑相器進行鑑相，數字鑑頻鑑相器輸出的誤 差信號經有源環路濾波器後作為控制電壓加載到電調介質振蕩器上，控制電壓改變電調介 質振蕩器的頻率，直到振蕩信號與參考信號頻率、相位相等。電調介質振蕩器鎖相後經過隔 離放大輸出級輸出振蕩信號。
[0019] 上述電調介質振蕩器振蕩信號的頻率應控制在一個範圍內，這個範圍的下限是N 次諧波分量頻率與中頻信號頻率之差，而上限為N次諧波分量頻率與三分之一參考信號頻 率之和。這樣選擇調整的原因是由於混頻後產生的中頻信號要送入數字鑑頻鑑相器進行鎖 相，同時由於數字鑑頻鑑相器的鑑頻功能是單調的，所以電路設計中要求諧波混頻後產生 的中頻信號對應的電調電壓也必須是單調的，否則就會出現失鎖和錯鎖的情況。
[0020] 舉例說明如下：假設參考信號頻率為100MHz，而N = 140,即N次諧波分量為 14GHz，然後選擇中頻為小於1/3參考信號的頻率，因為如果選擇大於等於1/2參考信號的 頻率作為中頻，則可能造成產生的中頻非單調，參考頻率的第140次諧波可能混頻產生大 於等於1/2參考信號，參考頻率的第141次諧波也可能混頻產生大於等於1/2參考信號，所 以可能產生錯鎖和失鎖。通常為留有更多的餘量選擇中頻為小於1/3參考信號的頻率，在 這裡可以選擇1/10參考信號，即10MHz。這樣我們將需要調整電調介質振蕩器頻率覆蓋範 圍到14GHz+l/3*100MHz = 14. 0333GHz範圍以下，同時當電調介質振蕩器的頻率覆蓋範圍 超過14GHz-l/10*100MHz = 13. 990GHz)範圍以下時，由於數字鑑頻鑑相器的鑑頻功能單調 性，鎖相環路輸出的電壓將進一步拉低，這時實際電調介質振蕩器已經處於頻率覆蓋範圍 的低端，這樣就會造成鑑頻器的誤判，造成失鎖。所以最終確定需調整的電調介質振蕩器的 頻率覆蓋範圍為13. 990GHz?14. 0333GHz間。
[0021] 在Ku波段（14. 01GHz)，採用新穎的基於取樣鑑相器的諧波混頻鎖相電調介質 振蕩器設計方法設計的鎖相源，實測中1GHz範圍內雜散抑制優於80dBc，相位噪聲優 於-109dBc/Hz@lKHz，-112dBc/Hz@10KHz，-113dBc/Hz@100KHz,如圖 2 所示，可廣泛應用於 各類微波組件和系統中。
【權利要求】
1. 一種諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法，其特徵在於，包括以下步驟： 1) 利用非線性元件產生參考信號的N次諧波分量，N為正整數； 2) 所述N次諧波分量與來自介質振蕩器的振蕩信號混頻，混頻後的信號中選擇頻率小 於三分之一參考信號頻率的信號作為中頻信號； 3) 該中頻信號與參考信號進行相位比較，並根據比較結果調節介質振蕩器振蕩信號的 頻率，使振蕩信號頻率大於N次諧波分量頻率與中頻信號頻率之差，並且小於N次諧波分量 頻率與三分之一參考信號頻率之和，直到振蕩信號與參考信號頻率、相位相等。
2. 根據權利要求1所述的諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法，其特徵在於，所述步驟 1)中非線性元件為階躍恢復二極體。
3. 根據權利要求1所述的諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法，其特徵在於，所述介質 振蕩器為電調介質振蕩器。
4. 根據權利要求1所述的諧波混頻鎖相介質振蕩器設計方法，其特徵在於，所述N為 140。
【文檔編號】H03L7/085GK104065379SQ201410211256
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】張君直, 陳產源 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所