一種低相位噪聲微波本振生成裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低相位噪聲微波本振生成裝置，還涉及 一種低相位噪聲微波本振生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波測(cè)試儀器對(duì)本振源的頻率分辨率、相位噪聲和雜散等指標(biāo)都有較高的要求， 因此，寬帶微波信號(hào)頻率合成電路中，本振電路通常采用多環(huán)鎖相結(jié)構(gòu)，如圖1所示，傳統(tǒng) 方案一般包括低噪聲參考源電路、整數(shù)或小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路、低噪聲取樣本振電路、取樣 混頻電路、取樣中頻調(diào)理電路、鑒相器、環(huán)路積分器、寬帶微波振蕩器、寬帶微波信號(hào)調(diào)理電 路等環(huán)節(jié)。
[0003] 低噪聲參考源電路產(chǎn)生小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路和低噪聲取樣本振電路需要的參考 信號(hào)。
[0004] 小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路產(chǎn)生合成寬帶微波信號(hào)所需的鑒相參考信號(hào)，參考信號(hào)的最 小步進(jìn)頻率決定著最終合成信號(hào)的最小步進(jìn)頻率。
[0005] 低噪聲取樣本振電路產(chǎn)生合成寬帶微波信號(hào)所需的低噪聲取樣本振信號(hào)，是合成 寬帶微波信號(hào)近載波相位噪聲的主要限制因素。
[0006] 取樣混頻器完成寬帶微波信號(hào)與寬帶取樣本振信號(hào)的諧波進(jìn)行混頻，輸出頻率較 低的取樣中頻信號(hào)。
[0007] 取樣中頻信號(hào)調(diào)理電路對(duì)取樣混頻輸出后的信號(hào)進(jìn)行濾波及放大，濾除寬帶微波 信號(hào)、寬帶取樣本振信號(hào)及取樣中頻信號(hào)的諧波等，并將取樣中頻信號(hào)放大到所需的功率。
[0008] 鑒相器完成小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路輸出的參考信號(hào)和取樣中頻信號(hào)的鑒相。
[0009] 環(huán)路積分器實(shí)現(xiàn)鑒相信號(hào)的積分和濾波，產(chǎn)生積分電壓，輸出至寬帶微波振蕩器 實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)路的鎖定。
[0010] 寬帶微波振蕩器產(chǎn)生期望的寬帶微波信號(hào)。
[0011] 寬帶微波信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)寬帶微波信號(hào)的放大及濾波。
[0012] 圖1所示低噪聲本振合成電路，頻率合成調(diào)諧方程為：
[0013] F〇_N*FS= ±F IF，F(xiàn)if= F R _4] 上式中，F(xiàn)。為微波振蕩器振蕩頻率，F(xiàn)A寬帶低噪聲取樣本振頻率，F(xiàn)if為取樣中 頻頻率，F(xiàn)r為小數(shù)分頻電路輸出的鑒相參考頻率，N為取樣諧波次數(shù)。
[0015] 寬帶微波振蕩器，如YIG調(diào)諧振蕩器（YTO)，通常具有很寬的工作頻率范圍和很好 的載波遠(yuǎn)端相位噪聲，廣泛應(yīng)用于微波信號(hào)發(fā)生器或者微波本振源的設(shè)計(jì)中。
[0016] 圖1所示取樣混頻的頻率合成方式中，輸出信號(hào)F。遠(yuǎn)載波相位噪聲依賴振蕩器自 身，載波近端的相位噪聲受限于環(huán)路。取樣本振F s的邊帶噪聲會(huì)直接疊加到取樣中頻上， 并以20IgN (dB) (N為取樣諧波次數(shù)）的速度惡化。
[0017] 通常，取樣本振Fs頻率為幾百M(fèi)Hz，在頻偏I(xiàn)OkHz處的相位噪聲指標(biāo)優(yōu)于-HOdBc/ Hz。如此高的指標(biāo)已經(jīng)幾乎達(dá)到取樣本振硬件電路設(shè)計(jì)的極限。因此，受限于&取樣本振 信號(hào)相位噪聲的影響，在此方案基礎(chǔ)上再進(jìn)一步提高寬帶微波信號(hào)F。的相位噪聲指標(biāo)已十 分困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明提出了一種低相位噪聲微波本振生成裝置及方法，對(duì)傳統(tǒng)微波鎖相環(huán)結(jié)構(gòu) 進(jìn)行改進(jìn)，規(guī)避了惡化相位噪聲的諧波取樣混頻環(huán)節(jié)，可以獲得更低相位噪聲的微波本振 信號(hào)。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0020] -種低相位噪聲微波本振生成裝置，寬帶微波振蕩器反饋信號(hào)通過(guò)寬帶微波信號(hào) 調(diào)理電路之后，先與高純下變頻本振組的其中某一個(gè)頻率的本振信號(hào)進(jìn)行下混頻，把寬帶 微波振蕩器反饋信號(hào)從較高頻率的微波頻段變頻至較低頻率的射頻頻段后再與低噪聲射 頻本振進(jìn)行混頻，混頻輸出的中頻信號(hào)與來(lái)自小數(shù)分頻鎖相環(huán)的參考信號(hào)進(jìn)行鑒相，鑒相 輸出經(jīng)過(guò)環(huán)路積分器后加到寬帶微波振蕩器的控制端，使其輸出為所需低相位噪聲微波本 振。
[0021] 可選地，上述低相位噪聲微波本振生成裝置，包括：低噪聲參考源、小數(shù)分頻鎖相 環(huán)、低噪聲射頻本振、高純下變頻本振組、鑒相器、低中頻信號(hào)調(diào)理電路、第二混頻器、高中 頻信號(hào)調(diào)理電路、第一混頻器、環(huán)路積分器、寬帶微波振蕩器、寬帶微波信號(hào)調(diào)理電路；
[0022] 低噪聲射頻本振與高中頻信號(hào)混頻后輸出的低中頻信號(hào)與作為參考的小數(shù)分頻 鎖相環(huán)頻率范圍相當(dāng)；
[0023] 高純下變頻本振組包括5種不同頻率的高純本振，通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇其中一種與寬帶 微波反饋信號(hào)進(jìn)行下變頻，使混頻后的中頻信號(hào)與低噪聲射頻本振的頻率范圍相當(dāng)；
[0024] 低中頻信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)低中頻信號(hào)的濾波及放大；
[0025] 第二混頻器實(shí)現(xiàn)高純下變頻本振與寬帶微波信號(hào)下混頻，混頻輸出為高中頻信 號(hào)；
[0026] 高中頻信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)高中頻信號(hào)的濾波及放大；
[0027] 第一混頻器實(shí)現(xiàn)低噪聲射頻本振與高中頻信號(hào)的混頻，混頻輸出為低中頻信號(hào)。
[0028] 可選地，所述高純下變頻本振組共包括5種高純本振頻率，分別為：2. 4GHz、 3. 6GHz、4. 8GHz、6. OGHz 和 7. 2GHz。
[0029] 可選地，所述高純下變頻本振組包括：
[0030] 4. 8GHz高純本振21，所述4. 8GHz高純本振來(lái)自低噪聲參考源；
[0031] 功率分配器22將一路4. 8GHz的高純本振分為相同功率的兩路信號(hào)；
[0032] 可編程分頻器23將輸入信號(hào)按照設(shè)定的分頻比實(shí)現(xiàn)分頻后的信號(hào)輸出；
[0033] 第一單刀雙擲開(kāi)關(guān)24實(shí)現(xiàn)將兩路信號(hào)中的其中一路信號(hào)選通；
[0034] 第一單刀四擲開(kāi)關(guān)25實(shí)現(xiàn)將四路信號(hào)中的其中一路信號(hào)選通；
[0035] 第三混頻器26實(shí)現(xiàn)將兩路輸入信號(hào)進(jìn)行混頻后輸出；
[0036] I. 2GHz帶通濾波器27實(shí)現(xiàn)中心頻率為I. 2GHz的窄帶濾波；
[0037] 2. 4GHz帶通濾波器28實(shí)現(xiàn)中心頻率為2. 4GHz的窄帶濾波；
[0038] 3. 6GHz帶通濾波器29實(shí)現(xiàn)中心頻率為3. 6GHz的窄帶濾波；
[0039] 第二單刀雙擲開(kāi)關(guān)210實(shí)現(xiàn)將兩路信號(hào)中的其中一路信號(hào)選通；
[0040] 第二單刀四擲開(kāi)關(guān)211實(shí)現(xiàn)將四路信號(hào)中的其中一路信號(hào)選通；
[0041] 第三單刀四擲開(kāi)關(guān)212實(shí)現(xiàn)將四路信號(hào)中的其中一路信號(hào)選通。
[0042] 可選地，2. 4GHz高純下變頻本振的生成設(shè)置：
[0043] 所述4. 8GHz高純本振21經(jīng)過(guò)功率分配器22分為兩路，可編程分頻器23設(shè)置二 分頻，設(shè)置第一單刀四擲開(kāi)關(guān)25和第二單刀四擲開(kāi)關(guān)211選中2. 4GHz帶通濾波器28,再經(jīng) 過(guò)第二單刀雙擲開(kāi)關(guān)210和第三單刀四擲開(kāi)關(guān)212選中相應(yīng)通道輸出2. 4GHz高純本振。
[0044] 可選地，3. 6GHz高純下變頻本振的生成設(shè)置：
[0045] 4. 8GHz高純本振21經(jīng)過(guò)功率分配器22分為兩路，可編程分頻器23設(shè)置四分頻， 設(shè)置第一單刀四擲開(kāi)關(guān)25和第二單刀四擲開(kāi)關(guān)211選中3. 6GHz帶通濾波器29,再經(jīng)過(guò)第 二單刀雙擲開(kāi)關(guān)210和第三單刀四擲開(kāi)關(guān)212選中相應(yīng)通道輸出3. 6GHz高純本振。
[0046] 可選地，4. 8GHz高純下變頻本振的生成設(shè)置：
[0047] 4. 8GHz高純本振21經(jīng)過(guò)功率分配器22分為兩路，再經(jīng)過(guò)第一單刀雙擲開(kāi)關(guān)24和 第三單刀四擲開(kāi)關(guān)212選中相應(yīng)通道輸出4. 8GHz高純本振。
[0048] 可選地，6. OGHz高純下變頻本振的生成設(shè)置：
[0049] 4. 8GHz高純本振21經(jīng)過(guò)功率分配器22分為兩路，可編程分頻器23設(shè)置四分頻， 設(shè)置第一單刀四擲開(kāi)關(guān)25和第二單刀四擲開(kāi)關(guān)211選中I. 2GHz帶通濾波器27,再經(jīng)過(guò)第 二單刀雙擲開(kāi)關(guān)210進(jìn)入第三混頻器26 ;設(shè)置第一單刀雙擲開(kāi)關(guān)24選通進(jìn)入第三混頻器 26的信號(hào)通路，設(shè)置第三單刀四擲開(kāi)關(guān)212選通第三混頻器26輸出的信號(hào)通路，輸出信號(hào) 即為6. OGHz高純本振。
[0050] 可選地，7. 2GHz高純下變頻本振的生成設(shè)置：
[0051] 4. 8GHz高純本振21經(jīng)過(guò)功率分配器22分為兩路，可編程分頻器23設(shè)置二分頻， 設(shè)置第一單刀四擲開(kāi)關(guān)25和第二單刀四擲開(kāi)關(guān)211選中2. 4GHz帶通濾波器28,再經(jīng)過(guò)第 二單刀雙擲開(kāi)關(guān)210進(jìn)入第三混頻器26 ;設(shè)置第一單刀雙擲開(kāi)關(guān)24選通進(jìn)入第三混頻器 26的信號(hào)通路，設(shè)置第三單刀四擲開(kāi)關(guān)212選通第三混頻器26輸出的信號(hào)通路，輸出信號(hào) 即為7. 2GHz高純本振。
[0052] 基于上述裝置，本發(fā)明還提出了一種低相位噪聲微波本振生成方法，包括以下步 驟：
[0053] 步驟一：設(shè)置參考源振蕩電路工作狀態(tài)，使參考源工作正常；
[0054] 步驟二：設(shè)置寬帶微波合成電路鎖相環(huán)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，根據(jù)用戶設(shè)置的頻率，預(yù)置 寬帶微波振蕩器工作頻率F。；
[0055] 步驟三：設(shè)置高純下變頻本振組電路工作狀態(tài)，使之產(chǎn)生設(shè)定頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高純本 振信號(hào)F d;
[0056] 步驟四：設(shè)置低噪聲射頻本振環(huán)路工作狀態(tài)，使之產(chǎn)生設(shè)定頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的低噪聲本 振信號(hào)F s;
[0057] 步驟五：設(shè)置小數(shù)分頻鎖相環(huán)電路的工作狀態(tài)，使之產(chǎn)生設(shè)定頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的低噪聲 參考信號(hào)F r;
[0058] 步驟六：設(shè)置預(yù)定穩(wěn)定時(shí)間，使低噪聲本振信號(hào)Fs和小數(shù)分頻參考信號(hào)Fr工作穩(wěn) 定；
[0059] 步驟七：設(shè)置寬帶微波合成電路鎖相環(huán)處于閉環(huán)狀態(tài)，等待設(shè)置的預(yù)定時(shí)間，使寬 帶微波振蕩器頻率F。工作穩(wěn)定。
[0060] 本