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      毫米波頻率源的制作方法

      文檔序號:7537192閱讀:859來源:國知局
      專利名稱:毫米波頻率源的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型涉及頻率變換技術(shù),特別涉及毫米波信號發(fā)生器。
      背景技術(shù)
      波長介于1 10mm的電磁通常稱為毫米波,其對應(yīng)的頻率范圍為30 300GHz,根 據(jù)頻率從高到低可依次劃分為Ka、U、E、W、D等等波段。毫米波的飛速發(fā)展是由其本身固有 的特點(diǎn)所確定的,它具有以下幾個(gè)特點(diǎn) (1)與微波相比,毫米波頻率高、波長短、帶寬寬、多普勒頻移大。波長短,因而其 設(shè)備體積小,重量輕,機(jī)動性好,同時(shí)制造精度也要求嚴(yán)格,成本較高;對相同口徑的天線, 毫米波更容易實(shí)現(xiàn)窄波束、高增益,從而可使雷達(dá)系統(tǒng)的多目標(biāo)鑒別能力增強(qiáng),多徑效應(yīng)和 地雜波的干擾?。恢本€傳播性能好,繞射小,可以減小對其他通信設(shè)備的干擾。多普勒頻移 大,可以提高對低速運(yùn)動物體的探測和識別能力。 (2)毫米波能夠穿透電離層,具有獨(dú)特的大氣衰減特性。在整個(gè)毫米波頻段有四 個(gè)傳播衰減相對較小的大氣"窗口",分別以35,94, 140,和220GHz為中心頻率,對應(yīng)帶寬分 別為16,23,26和70GHz??蓪?shí)現(xiàn)中等距離的多路通信和電視圖像傳輸,且傳輸速率高,有 利于實(shí)現(xiàn)低截獲概率通信,如擴(kuò)頻通信和跳頻通信。同時(shí),它又有三個(gè)強(qiáng)衰減頻段,分別以 60,120,180GHz為中心頻率,為軍用保密通信和雷達(dá)隱藏工作提供了相對較好的條件。 (3)毫米波的傳輸受惡劣環(huán)境條件影響較小,可以穿透煙塵、云霧等環(huán)境,可以彌 補(bǔ)紅外和激光系統(tǒng)所面臨的不足。毫米波技術(shù)的研究工作主要圍繞軍用系統(tǒng)的研制展開。 由于其具有波長短、頻率高、帶寬寬、多普勒頻移大、隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)、穿透性好等 特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于大容量通信以及高分辨率雷達(dá)信息獲取等方面,特別是在軍事領(lǐng)域 有著廣闊的應(yīng)用前景,世界各主要發(fā)達(dá)國家都把毫米波頻段技術(shù)的開發(fā)研究作為其軍事電 子技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。毫米波技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于雷達(dá)與制導(dǎo)系統(tǒng)、電子對抗、 毫米波通信等方面,還可以用于測量雷達(dá)、海岸警戒、障礙回避、自動防撞、引信、地形測繪、 氣象研究以及衛(wèi)星遙感、受控核聚變能源工程以及信息交換系統(tǒng)等領(lǐng)域。 在毫米波系統(tǒng)中,毫米波頻率源是一個(gè)重要組成部分,它的技術(shù)指標(biāo)在很大程度 上決定了系統(tǒng)的性能。通常,頻率源的頻率穩(wěn)定度對毫米波系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著較大的影響, 頻率源的相位噪聲特性對毫米波接收機(jī)的靈敏度、通信系統(tǒng)的誤碼率、雷達(dá)系統(tǒng)的分辨率 等性能具有較大的決定作用。為了充分發(fā)揮毫米波的優(yōu)點(diǎn),就要求頻率源具有高穩(wěn)定度、低 相位噪聲等特性。所以研究毫米波頻率源對實(shí)現(xiàn)高性能毫米波系統(tǒng)意義重大。 現(xiàn)有技術(shù)的毫米波頻率源一般是將微波頻率倍頻到毫米波頻段。圖1示出了現(xiàn)有 技術(shù)的毫米波頻率源典型電路框圖。圖中振蕩器產(chǎn)生的20MHz微波頻率,經(jīng)過鎖相環(huán)1、濾 波器1及頻率合成器(或稱為直接數(shù)字頻率合成器,英文縮寫為DDS)組成的頻率變換電 路,得到95 lOOMHz的頻率,再經(jīng)過濾波器2、鎖相環(huán)2 二次變頻,頻率達(dá)到9. 5 lOGHz, 最后經(jīng)過濾波器3和4倍頻器進(jìn)行4倍頻,直接輸出38 40GHz的Ka波段微波頻率。這種 毫米波頻率源的最大缺點(diǎn)是,由于采用倍頻輸出,相位噪聲和近端雜散惡化比較大。實(shí)際測試發(fā)現(xiàn),其相位噪聲水平為_80(18(3/^@10欣2,近端雜散則以201ogN惡化(N為倍頻系數(shù))。 其應(yīng)用于毫米波下變頻器等系統(tǒng),難以保證系統(tǒng)獲得更好的相位噪聲指標(biāo)

      實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題,就是針對現(xiàn)有技術(shù)毫米波頻率源相位噪聲大, 近端雜散惡化嚴(yán)重的缺點(diǎn),提供一種采用混頻技術(shù)進(jìn)行頻率變換,輸出毫米波的頻率源。 本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問題,采用的技術(shù)方案是,毫米波頻率源,其特征在于, 包括振蕩器、混頻器、第一頻率支路和第二頻率支路,所述第一頻率支路和第二頻率支路輸 入端分別與振蕩器連接,輸出端與混頻器連接,所述混頻器輸出端為所述毫米波頻率源的 輸出端; 進(jìn)一步的,所述混頻器輸出端連接有濾波器; 具體的,所述第一頻率支路由第一鎖相環(huán)、第一濾波器、頻率合成器、第二鎖相環(huán) 及第二濾波器依次串聯(lián)構(gòu)成; 具體的,所述頻率合成器采用ADI公司的DDS芯片AD9910 ; 具體的,所述第二頻率支路由第三鎖相環(huán)、第四鎖相環(huán)、倍頻器及第三濾波器依次 串聯(lián)構(gòu)成; 優(yōu)選的,所述倍頻器為二倍頻器; 優(yōu)選的,所述振蕩器為恒溫晶體振蕩器; 具體的,所述毫米波頻率源為Ka波段頻率源,所述恒溫晶體振蕩器輸出頻率為 100MHz。 本實(shí)用新型的有益效果是,由于采用混頻實(shí)現(xiàn)頻譜搬移,減少了相位噪聲,降低了 近端雜散惡化,明顯的提高了相位噪聲指標(biāo)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試,相位噪聲達(dá)-87dBc/Hz(il0kHz, 提高了 7dB,將其應(yīng)用毫米波系統(tǒng),能夠明顯提升系統(tǒng)性能。

      圖1是現(xiàn)有技術(shù)的毫米波頻率源結(jié)構(gòu)框圖; 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路框圖。
      具體實(shí)施方式
      以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,詳細(xì)描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案。 本實(shí)用新型的毫米波頻率源,摒棄了傳統(tǒng)的變頻實(shí)現(xiàn)方式,采用混頻器進(jìn)行頻譜 搬移,從電路結(jié)構(gòu)上保證了頻率源的相位噪聲指標(biāo),特別是選用高品質(zhì)的器件,配合電路設(shè) 計(jì)的優(yōu)化,明顯的提高了相位噪聲指標(biāo),應(yīng)用與毫米波下變頻器等系統(tǒng),能夠明顯提升系統(tǒng) 性能。 實(shí)施例 本例毫米波頻率源電路結(jié)構(gòu)如圖2所示,圖中振蕩器10輸出的100MHz頻率信號 分成兩路,分別輸入第一頻率支路和第二頻率支路。經(jīng)過第一頻率支路和第二頻率支路進(jìn) 行頻率變換后,再將兩路信號輸入混頻器40進(jìn)行頻譜搬移,最后得到的輸出信號fo是頻率 為39. 5 40GHz的毫米波信號。[0024] 圖2中,第一頻率支路由第一鎖相環(huán)1、第一濾波器11、頻率合成器20、第二鎖相環(huán) 2和第二濾波器12依次串聯(lián)構(gòu)成。lOOMHz頻率信號經(jīng)過第一頻率支路處理后,輸出11. 5 12GHz頻率信號。信號變換過程如圖2所示,分別從100腿z變換為lGHz,再變?yōu)?15 120腿z,最后得到11. 5 12GHz頻率信號。本例中的頻率合成器20采用的DDS芯片是ADI 公司最新推出的DDS芯片AD9910,它的兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是1)發(fā)熱量很小,在20°C ,上電一小 時(shí)后,芯片只是微熱,這是極為突出的優(yōu)點(diǎn),明顯提高了系統(tǒng)的指標(biāo)和可靠性。2)雜散性能 很好。AD9910是ADI公司最新推出的性能最好的DDS芯片,它采用了獨(dú)特的Spurkiller 技術(shù),大大的減少了雜散,其近端雜散性能達(dá)-90dBc(比普通的AD9858提高了 15dB),由于 雜散性能優(yōu)秀,在AD9910后不需要再加入濾波器,這大大的簡化了設(shè)計(jì)、降低了成本、利于 實(shí)現(xiàn)小型化(因?yàn)轶w積較小)。圖2中的第二鎖相環(huán)2采用的鑒相器芯片是hittite公司 最新的鑒相器芯片HMC698LP5,與其他同類鑒相器芯片相比,它的優(yōu)點(diǎn)是1)相位噪聲性能 好,當(dāng)鑒相頻為lOOMHz時(shí),其單邊帶相噪為-153dBc/Hz010kHz。比同類性能最好的鑒相 器芯片提高了3dB。 2)采用直接編程模式,大大降低了設(shè)計(jì)難度。常規(guī)的鑒相器芯片是采 用單片機(jī)控制,但是采用單片機(jī)控制增大了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度、增大了系統(tǒng)體積、降低了可靠 性。而HMC698LP5采用直接編程模式(即通過設(shè)置相應(yīng)引腳的高低電平來進(jìn)行控制),這大 大降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度(使控制鑒相器芯片十分簡單)、大大減少了系統(tǒng)體積(利于達(dá)到 小型化)、增加了可靠性。 圖2中,第二頻率支路由第三鎖相環(huán)3、第四鎖相環(huán)4、二倍頻器30及第三濾波器
      13依次串聯(lián)構(gòu)成,其信號變換過程是lOOMHz頻率信號經(jīng)過第三鎖相環(huán)3和第四鎖相環(huán)4得
      到14GHz頻率信號,再經(jīng)過二倍頻器30和第三濾波器13輸出28GHz頻率信號。 圖2中,第一頻率支路輸出的11.5 12GHz頻率信號與第二頻率支路輸出的
      28GHz頻率信號被送入混頻器40,混頻后輸出39. 5 40GHz的毫米波信號,該信號經(jīng)過濾
      波器14(帶通濾波器)濾除帶外干擾信號,進(jìn)一步提高輸出信號的質(zhì)量。 本例毫米波頻率源輸出信號頻率為39. 5 40GHz,處于毫米波的Ka波段,其振蕩
      器10選用頻率為lOOMHz的恒溫晶體振蕩器,具有頻率穩(wěn)定度高,溫度漂移低的特點(diǎn)。
      權(quán)利要求毫米波頻率源,其特征在于,包括振蕩器、混頻器、第一頻率支路和第二頻率支路,所述第一頻率支路和第二頻率支路輸入端分別與振蕩器連接,輸出端與混頻器連接,所述混頻器輸出端為所述毫米波頻率源的輸出端。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述混頻器輸出端連接有濾波器。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述第一頻率支路由第一鎖 相環(huán)、第一濾波器、頻率合成器、第二鎖相環(huán)及第二濾波器依次串聯(lián)構(gòu)成。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述頻率合成器采用ADI公司的 DDS芯片AD9910。
      5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述第二頻率支路由第三鎖相 環(huán)、第四鎖相環(huán)、倍頻器及第三濾波器依次串聯(lián)構(gòu)成。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述倍頻器為二倍頻器。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述振蕩器為恒溫晶體振蕩器。
      8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述毫米波頻率源為Ka波段頻 率源,所述恒溫晶體振蕩器輸出頻率為100MHz。
      9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述振蕩器為恒溫晶體振蕩器。
      10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的毫米波頻率源,其特征在于,所述毫米波頻率源為Ka波段頻 率源,所述恒溫晶體振蕩器輸出頻率為100MHz。
      專利摘要本實(shí)用新型涉及頻率變換技術(shù),特別涉及毫米波信號發(fā)生器。本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)毫米波頻率源相位噪聲大,近端雜散惡化嚴(yán)重的缺點(diǎn),公開了一種采用混頻技術(shù)進(jìn)行頻率變換,輸出毫米波的頻率源。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是,毫米波頻率源,其特征在于,包括振蕩器、混頻器、第一頻率支路和第二頻率支路,所述第一頻率支路和第二頻率支路輸入端分別與振蕩器連接,輸出端與混頻器連接,所述混頻器輸出端為所述毫米波頻率源的輸出端;所述混頻器輸出端連接有濾波器。本實(shí)用新型用于毫米波系統(tǒng),如下變頻器等,能夠減少相同相位噪聲,降低近端雜散惡化,提升系統(tǒng)性能。
      文檔編號H03K3/02GK201499145SQ20092030793
      公開日2010年6月2日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
      發(fā)明者劉杰, 吳尚昀, 廖梁兵, 鄧賢進(jìn) 申請人:中國工程物理研究院電子工程研究所
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