CN203352563U - 一种低相位噪声频率合成器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型要提供了一种低相位噪声频率合成器，该装置在经压控振荡器（1）输出信号后，经一分多功分器分为多路信号，一路经放大滤波后，输出功率和杂散抑制满足指标要求的信号，另外几路信号分别经过两个以上分频比接近的分频器，其分频输出经混频后，下变频到跟参考晶体振荡器（7）一致的频率上，然后反馈到锁相环（6）芯片的射频输入端口，以实现一个完整的锁相环路以及压控振荡器稳定的频率输出。相比以DDS和锁相环相结合的方式实现的低相位噪声频率合成器，改善了相位噪声，且体积更小、功耗更小、成本更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种频率合成器，特别是涉及一种适用于现代通信系统和雷达通信系统中的低相位噪声频率合成器。
背景技术
现代通信系统和雷达系统中，频率合成器作为系统的核心模块，其性能的好坏对接收机的灵敏度，雷达的分辨率，系统的抗干扰能力等具有决定性的作用。频率源的关键技术指标一般分为：相位噪声、杂散抑制、频率转换时间、跳频步进等。其中，相位噪声指标对于雷达系统来说尤为重要。这个指标越好，雷达的分辨率就越高，能同时捕获的目标单位也越多，对抗各种杂波干扰的能力也越强。因此，如何提升雷达系统中频率源模块的相位噪声指标，一直以来都是一个很热门的课题。
为了实现低相位噪声的频率合成器，传统的实现方式有以下两种：一是采用锁相环的方式来实现。由于频率源输出频率的相位噪声相比于参考信号的相位噪声理论是会恶化20logN（N为锁相环电路的负反馈分频比），因此以这种方式实现的低相位噪声频率源需要尽量提高锁相环的鉴相频率，降低频率源的输出频率，并且要尽量选择具有低相位噪声的参考晶振。然而这样所带来的代价也是很明显的。提高锁相环的鉴相频率将扩大频率合成器的跳频步进，很难实现小步进的跳频源；降低频率源的输出频率将使得频率合成器不能实现X波段及以上的频率输出；选择比普通的晶振拥有更低相位噪声的晶振作为参考则会大大增加频率源模块的成本。另外一个实现低相位噪声频率合成器的方法是采用DDS（直接数字合成）跟锁相环技术结合的方式，通过DDS直接产生小步进、低相位噪声的中频信号（一般为几十MHz到几百MHz），再通过与锁相环产生的本振信号（一般为几个GHz到十几个GHz）混频，最后可输出L波段到K波段频段的频率。然而这种方式的缺点也很多，比如DDS电路以及其控制电路的引入必然会增加模块的体积、功耗和成本；另外，当要求输出的频率很高时，中频信号与本振信号混频所产生的镜像频率离有用的射频信号很近，这样就对射频滤波器性能提出了很高的要求。对于点频源来说，这样的射频滤波器还相对的较为容易设计，但是对于跳频源来说，这样的射频滤波器就很有设计难度。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种低相位噪声频率合成器，该装置在经压控振荡器1输出信号后，经一分多功分器2分为多路信号，一路经放大滤波后，输出功率和杂散抑制满足指标要求的信号。另外几路信号分别经过至少分频比接近的分频器，其分频输出经混频后，下变频到跟参考晶体振荡器7一致的频率上，然后反馈到锁相环6芯片的射频输入端口，以实现一个完整的锁相环路以及压控振荡器稳定的频率输出。相比以DDS和锁相环相结合的方式实现的低相位噪声频率合成器，改善了相位噪声，且体积更小、功耗更小、成本更低。
本实用新型采用的技术方案如下：一种低相位噪声频率合成器，其特征在于：包括依次相连的晶体振荡器7、锁相环6、环路滤波器9、压控振荡器1、一分多功分器2和放大滤波电路10；还包括与锁相环6相连的单片机控制电路8；还包括反馈支路11，一分多功分器2的另外几路输出信号经反馈支路11后到锁相环6。
作为优选，所述反馈支路11包括混频器5及至少两个分频器。
作为优选，所述一分多功分器2为一分三功分器。
作为优选，所述反馈支路11包括第一分频器3、第二分频器4和混频器5，第一分频器3和第二分频器4的输入端分别与一分三功分器2的另外两个输出端相连后，输出端分别与混频器5的两个输入端相连，混频器5的输出端又与锁相环6相连。
作为优选，所述两个分频器为分频比不同的两个分频器。
作为优选，所述两个分频器为分频比之差小于等于50%的两个分频器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提出的频率合成器是基于锁相环电路实现的，相比以DDS和锁相环相结合的方式实现的低相位噪声频率合成器，改善了相位噪声，且体积更小、功耗更小、成本更低。
附图说明
图1为本实用新型原理示意图。
图2为本实用新型其中一实施例的原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本说明书中公开的所有特征，除了互相排除的特征以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面以鉴相频率100MHz、输出频率10GHz（连续波）为例进行具体说明。
本实用新型提出的基于锁相环自混频技术实现的低相位噪声频率合成器。如图1所示，一种低相位噪声频率合成器，包括依次相连的晶体振荡器7、锁相环6、环路滤波器9、压控振荡器1、一分多功分器2和放大滤波电路10；还包括与锁相环6相连的单片机控制电路8；还包括反馈支路11，一分多功分器2的另外几路输出信号经反馈支路11后到锁相环6。
在本具体实施例中，晶体振荡器7为100MHz晶体振荡器，一分多功分器2为X波段一分多功分器。
在现有技术的锁相环频率合成器中，一分多功分器2为一分三功分器，反馈支路11为一个分频器，在本具体实施例中为一个100分频的分频器。该频率合成器的工作原理是：压控振荡器1的输出信号，经X波段三功分器后，一路经放大滤波后，输出功率和杂散抑制满足指标要求的信号。另外一路信号分别经过一个100分频的分频器，下变频到跟参考晶体振荡器7一致的频率上，然后反馈到锁相环6芯片的射频输入端口，以实现一个完整的锁相环路以及压控振荡器稳定的频率输出。
在本实用新型中，所述反馈支路11包括混频器5及至少两个的分频器。另外几路信号分别经过至少两个分频比接近的分频器，其分频输出经混频后，下变频到跟参考晶体振荡器7一致的频率上，然后反馈到锁相环6芯片的射频输入端口，以实现一个完整的锁相环路以及压控振荡器稳定的频率输出。
在本具体实施例中，所述一分多功分器2为一分三功分器，所述反馈支路11包括第一分频器3、第二分频器4和混频器5，第一分频器3和第二分频器4的输入端分别与一分三功分器2的另外两个输出端相连后，输出端分别与混频器5的两个输入端相连，混频器5的输出端又与锁相环6相连。
所述两个分频器为分频比不同的两个分频器。
所述两个分频器为分频比之差小于等于50%（分频比之差与最大分频比的比率）的两个分频器。
以100MHz晶体振荡器、锁相环芯片ADF4002为参考，输出10GHz信号时，传统锁相环电路的实现方法。我们可以得出，在其反馈支路中，我们需要用到一个100分频的分频器，根据锁相环相位噪声的计算公式（F（all）=F（1）+10logf（ref）+20 logfN）以及锁相环芯片ADF4002的底噪参数（-222dBc/Hz100kHz），最后输出信号的相位噪声可以表示为：-222+10log108+20log100=-102dBc/Hz100kHz。而如果采用如图2所示本具体实施例的锁相环自混频技术来实现，一个分频器的分频比为20，另一个分频器分频比为25，则输出相位的相位噪声为：-222+10log108+20log20+3=－113dBc/Hz100kHz（其中3为经验值，如果采用25的分频比，本经验值要更小一些）。因此采用锁相环自混频技术的频率合成器，相比传统方案，其相位噪声改善了11dB。
分频器的分频比之差越大，所计算结果其相位噪声虽然较一个分频器会改善，但是改善情况会越少，所以分频器分频比越接近越好（控制差值在50%以内为佳），但一般不能相等。
如果我们需要的输出频率为10GHz，最后要混频得到100MHz，就需要两个分频器的输出均为50MHz，这样就需要两个分频比为200的分频器。如此高分频比的分频器在市场上很少，价格也比较贵。当然如果我们需要的输出频率为1GHz，那么就可以两个分频器都用分频比为20的分频器，这样是可以实现的。所以说，不是完全不能用分频比一样的分频器，而是要看情况，不是任何时候都能用，所以说“一般不能相等”。
Claims (6)
1.一种低相位噪声频率合成器，其特征在于：包括依次相连的晶体振荡器（7）、锁相环（6）、环路滤波器（9）、压控振荡器（1）、一分多功分器（2）和放大滤波电路（10）；还包括与锁相环（6）相连的单片机控制电路（8）；还包括反馈支路（11），一分多功分器（2）的另外几路输出信号经反馈支路（11）后到锁相环（6）。
2.根据权利要求1所述的一种低相位噪声频率合成器，其特征在于：所述反馈支路（11）包括混频器（5）及至少两个分频器。
3.根据权利要求2所述的一种低相位噪声频率合成器，其特征在于：所述一分多功分器（2）为一分三功分器。
4.根据权利要求3所述的一种低相位噪声频率合成器，其特征在于：所述反馈支路（11）包括第一分频器（3）、第二分频器（4）和混频器（5），第一分频器（3）和第二分频器（4）的输入端分别与一分三功分器（2）的另外两个输出端相连后，输出端分别与混频器（5）的两个输入端相连，混频器（5）的输出端又与锁相环（6）相连。
5.根据权利要求4所述的一种低相位噪声频率合成器，其特征在于：所述两个分频器为分频比不同的两个分频器。
6.根据权利要求4所述的一种低相位噪声频率合成器，其特征在于：所述两个分频器为分频比之差小于等于50%的两个分频器。
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|---|---|---|---|---|
| CN108988857A (zh) * | 2018-10-19 | 2018-12-11 | 贵州航天计量测试技术研究所 | 一种基于光电振荡器的宽带低相噪频率合成器及方法 |
| CN109120259A (zh) * | 2018-08-06 | 2019-01-01 | 西安众思创融电子科技有限公司 | 一种小体积超细步进低相位噪声超高杂散抑制频率源 |
| CN110545076A (zh) * | 2019-09-10 | 2019-12-06 | 河北晶硕电子科技有限公司 | 一种提高石英晶体振荡器频率稳定度的方法 |
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