本發(fā)明涉及超寬帶鎖相頻率合成技術(shù)，特別是涉及一種新型單環(huán)路分頻式超寬帶鎖相頻率合成方法。
背景技術(shù)：
頻率合成器是一種從一個(gè)或多個(gè)參考頻率中產(chǎn)生多種頻率的信號(hào)源，在雷達(dá)、儀器測(cè)試、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電視廣播、電子偵察與對(duì)抗、導(dǎo)航、宇宙飛行和通信等電子系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，通常被稱(chēng)為電子系統(tǒng)的“心臟”，其性能在很大程度上直接影響著整個(gè)電子系統(tǒng)的性能。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其微電子集成技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)對(duì)頻率合成器的要求也在逐漸提高，超大寬帶、快速頻率捷變、低相位噪聲、高分辨率、小體積和低功耗等都是頻率合成器的研究熱點(diǎn)。
超寬帶頻率合成器在寬帶雷達(dá)、電子偵察與對(duì)抗、儀器儀表和微波測(cè)量等電子系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。目前常規(guī)的超寬帶頻率合成器通常采用以下兩種方式實(shí)現(xiàn)：一是通過(guò)鎖相產(chǎn)生低頻信號(hào)后，再進(jìn)行多路倍頻的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的展寬，通過(guò)開(kāi)關(guān)切換選擇不同的倍頻鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生；二是通過(guò)多路鎖相電路產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)，再由開(kāi)關(guān)切換的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)頻譜的拼接展寬，從而實(shí)現(xiàn)超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生。
上述兩種常規(guī)的超寬帶頻率合成方式，由于采用了多路倍頻鏈路、多路鎖相環(huán)路來(lái)展寬輸出信號(hào)的頻率，通過(guò)四選一開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行頻率的選擇和展寬，電路實(shí)現(xiàn)較為繁瑣、設(shè)備量較大、成本較高，不易于小型化的集成設(shè)計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供了一種實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單且設(shè)備量較小的單環(huán)路分頻式寬帶鎖相頻率合成方法。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的：一種單環(huán)路分頻式超寬帶鎖相頻率合成器，包括晶體振蕩器(1)、鎖相芯片(2)、環(huán)路濾波器(3)、壓控振蕩器(4)、寬帶二功分器(5)，還包括寬帶可變分頻器(6)、寬帶開(kāi)關(guān)濾波器(7)；其中，晶體振蕩器(1)的輸出端與鎖相芯片(2)的輸入端相連；鎖相芯片(2)的輸出端與環(huán)路濾波器(3)的輸入端相連；環(huán)路濾波器(3)的輸出端與壓控振蕩器(4)的輸入端相連；壓控振蕩器(4)的輸出端與寬帶二功分器(5)相連；寬帶二功分器(5)輸出兩路信號(hào)，一路與鎖相芯片(2)相連，另一路與寬帶可變分頻器(6)相連；寬帶可變分頻器(6)與寬帶開(kāi)關(guān)濾波器(7)相連；寬帶開(kāi)關(guān)濾波器(7)輸出端為本新型單環(huán)路分頻式超寬帶鎖相頻率合成器的輸出端。
具體的，所述單環(huán)路分頻式超寬帶鎖相頻率合成器的合成方法包括：
晶體振蕩器(1)輸出的參考基準(zhǔn)信號(hào)送往鎖相芯片(2)作為參考基準(zhǔn)信號(hào)，鎖相芯片(2)將寬帶二功分器(5)送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的分頻處理，產(chǎn)生的信號(hào)與晶體振蕩器(1)送入的參考基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行鑒相，鎖相芯片(2)將這兩個(gè)信號(hào)間的相位差轉(zhuǎn)化為電壓值，送往環(huán)路濾波器(3)，環(huán)路濾波器(3)將其中的高頻分量和噪聲濾除，并將該直流分量送給壓控振蕩器(4)，壓控振蕩器(4)根據(jù)送入的電壓值產(chǎn)生相應(yīng)頻率的信號(hào)，頻率范圍覆蓋F1～F2，該信號(hào)經(jīng)過(guò)寬帶二功分器(5)分為幅度相等的兩路信號(hào)，一路送鎖相芯片(2)進(jìn)行鑒相，另一路送寬帶可變分頻器(6)，根據(jù)控制信號(hào)改變分頻比，輸出不同頻率信號(hào)送寬帶開(kāi)關(guān)濾波器(7)，分頻比為N1時(shí)，輸出信號(hào)的頻率為F1/N1～F2/N1，分頻比為N2時(shí)，輸出信號(hào)的頻率為F1/N2～F2/N2，以此類(lèi)推，分頻比為Nn時(shí)，輸出信號(hào)的頻率為F1/Nn～F2/Nn，根據(jù)控制信號(hào),寬帶開(kāi)關(guān)濾波器(7)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除不需要的其他頻率的雜波信號(hào)，輸出信號(hào)即為單環(huán)路分頻式超寬帶鎖相頻率合成器的輸出信號(hào)，頻率覆蓋范圍為F1/Nn～F2/N1。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述壓控振蕩器(4)產(chǎn)生的頻率的信號(hào)覆蓋范圍為10GHz～20GHz，寬帶可變分頻比為1、2、4、8，輸出頻率覆蓋范圍為1.25GHz～20GHz。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述晶體振蕩器(1)采用的是頻率為100MHz的低相位噪聲恒溫晶振。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述鎖相芯片(2)為電荷泵式數(shù)字鎖相環(huán)器件，射頻輸入頻率最高達(dá)20GHz，內(nèi)部鎖相芯片的最大鑒相頻率為100MHz，歸一化相位噪聲為-230dBc/Hz，通過(guò)控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)配置。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述環(huán)路濾波器(3)采用的是有源環(huán)路濾波器，環(huán)路帶寬為200kHz。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述壓控振蕩器(4)采用的是頻率范圍覆蓋為10GHz～20GHz的寬帶壓控振蕩器。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述寬帶二功分器(5)采用的是頻率覆蓋5GHz～30GHz的無(wú)源二功分器，將壓控振蕩器(4)輸出的寬帶信號(hào)分為兩路，一路送給鎖相芯片(2)進(jìn)行射頻反饋，另一路送給寬帶可變分頻器(6)進(jìn)行可變分頻。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述寬帶可變分頻器(6)的工作頻率覆蓋DC～20GHz，分頻比通過(guò)配置為1、2、4和8四種。
進(jìn)一步優(yōu)化的，所述寬帶開(kāi)關(guān)濾波器(7)的工作頻率為1.25GHz～20GHz。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用寬帶單鎖相環(huán)路，并通過(guò)寬帶可變分頻技術(shù)，將輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行擴(kuò)展，簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)的電路、減小了設(shè)備量、降低了成本，且更易于小型化的集成設(shè)計(jì)。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明一種新型單環(huán)路分頻式超寬帶鎖相合成器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明一種新型的單環(huán)路分頻式超寬帶鎖相頻率合成器，包括晶體振蕩器1、鎖相芯片2、環(huán)路濾波器3、壓控振蕩器4、寬帶二功分器5、寬帶可變分頻器6、寬帶開(kāi)關(guān)濾波器7。其中：
晶體振蕩器1的輸出端與鎖相芯片2的輸入端相連，鎖相芯片2的輸出端與環(huán)路濾波器3的輸入端相連，環(huán)路濾波器3的輸出端與壓控振蕩器4的輸入端相連，壓控振蕩器4的輸出端與寬帶二功分器5相連，寬帶二功分器5輸出兩路信號(hào)，一路與鎖相芯片2相連，另一路與寬帶可變分頻器6相連，寬帶可變分頻器6與寬帶開(kāi)關(guān)濾波器7相連，寬帶開(kāi)關(guān)濾波器7輸出端為本新型單環(huán)路分頻式超寬帶鎖相頻率合成器的輸出端。
進(jìn)一步說(shuō)，晶體振蕩器1的型號(hào)為SOXO17AF100MDSGC，輸出信號(hào)頻率F0為100MHz，輸出幅度P1約為13dBm，相位噪聲優(yōu)于-155dBc/Hz@1kHz用來(lái)產(chǎn)生高質(zhì)量的100MHz參考信號(hào)。
鎖相芯片2為高性能電荷泵式數(shù)字鎖相環(huán)器件，型號(hào)為GM4705A，最高的鑒相頻率為100MHz，最高射頻輸入頻率達(dá)20GHz，歸一化相位噪聲優(yōu)于-230dBc/Hz，可通過(guò)控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)配置。
環(huán)路濾波器3采用的是有源環(huán)路濾波器，環(huán)路帶寬約為200kHz，在濾除了鑒相誤差電壓中的高頻分量和噪聲的同時(shí)，將輸入的電壓進(jìn)行了放大。
壓控振蕩器4采用的是寬帶壓控振蕩器，型號(hào)為HMC733LC4B，頻率范圍覆蓋10GHz～20GHz，相位噪聲優(yōu)于-90dBc/Hz@100kHz，根據(jù)環(huán)路濾波器輸入的電壓進(jìn)行相應(yīng)頻率的輸出。
寬帶二功分器5采用的是超寬帶無(wú)源二功分器，型號(hào)為PD-0530SMG，頻率覆蓋5GHz～30GHz，插入損耗小于3dB，隔離度約為25dBc，將壓控振蕩器輸出的寬帶信號(hào)分為兩路，一路送給鎖相芯片2進(jìn)行射頻反饋，另一路送給寬帶可變分頻器6進(jìn)行可變分頻。
寬帶可變分頻器6的型號(hào)是UXD20P，工作頻率覆蓋DC～20GHz，分頻比可通過(guò)配置為1、2、4和8四種，相位噪聲優(yōu)于-153dBc/Hz@10kHz。
寬帶開(kāi)關(guān)濾波器7的工作頻率為1.25GHz～20GHz，主要是對(duì)分頻后的寬帶信號(hào)進(jìn)行分段濾波，將寬帶可變分頻器輸出的基波以及各次諧波信號(hào)進(jìn)行抑制，輸出頻譜純凈的超寬帶信號(hào)。
進(jìn)一步說(shuō)，晶體振蕩1輸出100MHz高穩(wěn)定高質(zhì)量的晶振信號(hào)，送鎖相芯片2作為鎖相環(huán)路的參考時(shí)鐘信號(hào)，鎖相芯片2配置鑒相頻率為100MHz，N分頻器的分頻比配置為100～200，將壓控振蕩器4送過(guò)來(lái)的10GHz～20GHz信號(hào)，通過(guò)可變分頻比的N分頻器分頻至100MHz(10GHz對(duì)應(yīng)的分頻比為100，20GHz對(duì)應(yīng)的分頻比為200，以此類(lèi)推)，與100MHz的晶振信號(hào)進(jìn)行鑒相，將兩者之間的相位差轉(zhuǎn)化為電壓輸出送環(huán)路濾波器3，通過(guò)環(huán)路濾波器3將其高頻分量和噪聲濾除，并將其直流分量送壓控振蕩器4，壓控振蕩器4根據(jù)環(huán)路濾波器3的直流電壓值輸出相應(yīng)的頻率信號(hào)，頻率范圍覆蓋10GHz～20GHz，該信號(hào)經(jīng)過(guò)寬帶二功分器5后分為幅度相等的兩路信號(hào)，一路送鎖相芯片2進(jìn)行N分頻和鑒相處理，另一路送寬帶可變分頻器6，寬帶可變分頻器6的輸入信號(hào)頻率范圍為10GHz～20GHz，通過(guò)改變分頻比得到所需的超寬帶信號(hào)，進(jìn)一步說(shuō)，寬帶可變分頻器6分頻比設(shè)置為1時(shí)，寬帶可變分頻器6輸出信號(hào)頻率為10GHz～20GHz；當(dāng)分頻比設(shè)置為2時(shí)，輸出信號(hào)頻率為5GHz～10GHz；當(dāng)分頻比設(shè)置為4時(shí)，輸出信號(hào)頻率為2.5GHz～5GHz；當(dāng)分頻比設(shè)置為8時(shí)，輸出信號(hào)頻率為1.25GHz～2.5GHz。寬帶可變分頻器6輸出的寬帶信號(hào)送寬帶開(kāi)關(guān)濾波器7進(jìn)行濾波處理，將分頻后產(chǎn)生的雜波分量濾除，進(jìn)一步說(shuō)，由于寬帶可變分頻器6的分頻比為4種配置，分頻器輸出的信號(hào)為1.25GHz～2.5GHz、2.5GHz～5GHz、5GHz～10GHz和10GHz和20GHz共4段，頻率覆蓋了1.25GHz～20GHz。由于4段均是跨越了倍頻程，低端頻率的2次諧波在輸出頻率的帶內(nèi)或在頻率高端附近，無(wú)法進(jìn)行濾波處理，所以每一段都需要分2段進(jìn)行低通濾波。在濾除了基波分量的同時(shí)，也濾除了分頻后產(chǎn)生信號(hào)的諧波分量。
1.25GHz～20GHz超寬帶信號(hào)產(chǎn)生，由于采用單鎖相環(huán)路，并通過(guò)寬帶可變分頻技術(shù)來(lái)擴(kuò)展輸出信號(hào)的頻率范圍，相比較多次倍頻和多路鎖相的實(shí)現(xiàn)方式，本發(fā)明提出一種新型單環(huán)分頻超寬帶鎖相頻率合成方法，極大的簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)方案、減小了電路設(shè)備量、降低了成本，且更易于小型化的集成設(shè)計(jì)，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。