專利名稱：低相位噪聲源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信號頻率的低相位噪聲源。頻率范圍可達(dá)5MHz 20GHz。
背景技術(shù)：
目前，相位噪聲的測試主要使用HP3048A、E5500A/B、PN9000等相位噪聲分析系統(tǒng)對各類軍用通信設(shè)備、雷達(dá)、廣播、電視、衛(wèi)星通信、電子儀器的相位噪聲進(jìn)行測試分析。要測量低相位噪聲時(shí)，除了需要低相噪的比對設(shè)備外，還必須有低相噪源。HP3048A等儀器是一個(gè)比對設(shè)備，它的相噪底為-170dBc/Hz OlOOkHz，這對于測量大多數(shù)電子設(shè)備的相位噪聲來說足夠了，但是HP8662A/HP8663A選配的頻率參考源的噪聲底在IOOMHz頻率輸出時(shí)只有-HOdBc/HzOlOOkHz，不能滿足對相位噪聲要求較高的產(chǎn)品測試，尤其是，當(dāng)要測量更低的相位噪聲，必須有更好的低相噪?yún)⒖荚础?br>
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有的相位噪聲分析系統(tǒng)所選配的低相噪源的噪聲底不夠低的問題，提出一種低相位噪聲源。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種低相位噪聲源，它包括壓控晶振鎖相源、由第一功分器、第一低噪聲放大器、 IOMHz倍頻器、第二功分器、第四低噪聲放大器構(gòu)成的高頻輸出單元和低噪聲倍頻鏈，所述的壓控晶振鎖相源的5MHz、IOOMHz的時(shí)鐘信號輸出端分別連接第一功分器、第二功分器的信號輸入端，第一功分器的一 5MHz信號輸出端通過第一低噪聲放大器后輸出5MHz時(shí)鐘信號；第一功分器的另一 5MHz信號輸出端通過IOMHz倍頻器倍頻到IOMHz時(shí)鐘信號輸出；第二功分器的一 IOOMHz信號輸出端通過第四低噪聲放大器后輸出IOOMHz時(shí)鐘信號；第二功分器的另一 IOOMHz信號輸出端通過低噪聲倍頻鏈倍頻得到多個(gè)微波時(shí)鐘信號輸出。本實(shí)用新型的第一功分器、第一低噪聲放大器之間串接第一晶體濾波器，以改善輸出相位噪聲。本實(shí)用新型的IOMHz倍頻器包括第二低噪聲放大器、X2倍頻器、調(diào)諧放大器、帶通晶體濾波器和第三低噪聲濾波器，第二低噪聲放大器的信號輸入端作為IOMHz 倍頻器的輸入與第一功分器的一 5MHz信號輸出端相連，第二低噪聲放大器的輸出依次連接X2倍頻器、調(diào)諧放大器、帶通晶體濾波器和第三低噪聲濾波器，第三低噪聲放大器的信號輸出端作為IOMHz倍頻器的輸出，輸出IOMHz時(shí)鐘信號。本實(shí)用新型的第二功分器、第四低噪聲放大器之間串接第二晶體濾波器，改善 IOOMHz輸出信號的相位噪聲。本實(shí)用新型的低相位噪聲源還包括低噪聲直流穩(wěn)壓電源和進(jìn)線濾波器，進(jìn)線濾波器與市電電源相連，進(jìn)線濾波器的輸出連接變壓器的輸入端，經(jīng)變壓、整流、濾波和兩次低噪聲線性直流穩(wěn)壓，輸出三組+12直流電壓為低相位噪聲源的各模塊進(jìn)行供電。本實(shí)用新型的低噪聲倍頻鏈的輸出的微波頻率點(diǎn)有500MHz、1 GHz、5GHz、1 OGHz、 15GHz 和 20GHz。[0010]本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型采用的是IOOMHz晶振作為參考源。它的遠(yuǎn)端相噪比較低，但近端相噪就沒有5MHz壓控晶振近端相噪低。我們采用5MHz壓控晶振鎖定IOOMHz壓控晶振，采用松鎖原理，可得到IOOMHz壓控晶振輸出頻率近端和遠(yuǎn)端相噪都很低的相噪。IOOMHz壓控晶振的近端相噪可改善20dB，遠(yuǎn)端則基本保持自己原來的相噪。鎖相后的IOOMHz壓控晶振輸出頻率的相噪見表1。輸出頻率的相位噪聲達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
IOHz IOOHz她廣Γ till (dBc/Hz)-120 -136-15 -175 -176表1鎖相后的IOOMHz壓控晶振輸出頻率的相噪本實(shí)用新型在IOOMHz頻率點(diǎn)的相位噪聲為-176dBc/Hz@100kHz,因?yàn)镮OOMHz參考源相噪低，隨經(jīng)低噪聲倍頻鏈倍頻得到500MHz 20GHz信號頻率點(diǎn)的相位噪聲惡化了 20 log N相位噪聲，但相位噪聲仍然很低，故與HP3048A、E5500A/B、PN9000等相位噪聲分析系統(tǒng)等設(shè)備相配套，完全可以測試各類信號源的超低相位噪聲。

圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。圖2是本實(shí)用新型的直流穩(wěn)壓電源的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，一種低相位噪聲源，它包括壓控晶振鎖相源、由第一功分器、第一低噪聲放大器、IOMHz倍頻器、第二功分器、第四低噪聲放大器構(gòu)成的高頻輸出單元和低噪聲倍頻鏈，所述的壓控晶振鎖相源的5MHz、100MHz的時(shí)鐘信號輸出端分別連接第一功分器、 第二功分器的信號輸入端，第一功分器的一 5MHz信號輸出端通過第一低噪聲放大器后輸出5MHz時(shí)鐘信號；第一功分器的另一 5MHz信號輸出端通過IOMHz倍頻器的輸出IOMHz時(shí)鐘信號；第二功分器的一 IOOMHz信號輸出端通過第四低噪聲放大器后輸出IOOMHz時(shí)鐘信號；第二功分器的另一 IOOMHz信號輸出端通過低噪聲倍頻鏈倍頻得到多個(gè)微波時(shí)鐘信號的輸出。本實(shí)用新型的第一功分器、第一低噪聲放大器之間串接第一晶體濾波器。本實(shí)用新型的IOMHz倍頻器包括第二低噪聲放大器、X2倍頻器、調(diào)諧放大器、帶通晶體濾波器和第三低噪聲濾波器，第二低噪聲放大器的信號輸入端作為IOMHz倍頻器的輸入與第一功分器的一 5MHz信號輸出端相連，第二低噪聲放大器的輸出依次連接X 2倍頻器、調(diào)諧放大器、帶通晶體濾波器和第三低噪聲濾波器，第三低噪聲放大器的信號輸出端作為IOMHz倍頻器的輸出，輸出IOMHz時(shí)鐘信號。本實(shí)用新型的第二功分器、第四低噪聲放大器之間串接第二晶體濾波器。[0022]本實(shí)用新型的低噪聲倍頻鏈的輸出的微波頻率點(diǎn)有500MHz、IGHz，5GHz，IOGHz, 15GHz, 20GHz,是由VCXO壓控晶振鎖相環(huán)的IOOMHz低相位噪聲頻率經(jīng)倍頻鏈而得到。本項(xiàng)目的5種微波倍頻器采用了最新MMC微波集成電路來實(shí)現(xiàn)的，因而體積大大縮小、可靠性大大提高、研制時(shí)間大大縮短、性能指標(biāo)大大提高。通過微波倍頻器的研制，本實(shí)用新型的低相位噪聲源還包括低噪聲直流穩(wěn)壓電源和進(jìn)線濾波器，進(jìn)線濾波器與市電電源相連，進(jìn)線濾波器的輸出連接變壓器的輸入端，經(jīng)變壓、整流、濾波和兩次低噪聲線性直流穩(wěn)壓，輸出三組+12直流電壓為低相位噪聲源的各模塊進(jìn)行供電。1、穩(wěn)壓方案本實(shí)用新型的晶振的供電直流穩(wěn)壓源、倍頻器的直流穩(wěn)壓電源，其紋波和噪聲對它們的相位噪聲影響很大，為了減少電源的影響，電源的紋波及噪聲要小于lmV，本項(xiàng)目采用了低噪聲線性穩(wěn)壓的技術(shù)方案。直流穩(wěn)壓源采用多次穩(wěn)壓技術(shù)并加以電磁屏蔽，可以大大降低電源的紋波和噪聲，使電源的紋波和噪聲對壓控晶振倍頻電路引入的相噪可以忽略不計(jì)。本項(xiàng)目采用了兩次穩(wěn)壓技術(shù)方案，其原理框圖如圖2。它是由交流220V經(jīng)進(jìn)線濾波后再到交流變壓器變壓， 得到3組17V交流電壓，經(jīng)橋式整流，濾波，兩次低噪聲線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，輸出三組直流 12V穩(wěn)壓電源。2、功率管理設(shè)計(jì)對于一個(gè)電子產(chǎn)品，特別是頻段很寬的產(chǎn)品，功耗電流越大，越容易受到或產(chǎn)生電磁干擾，如何對供電的直流穩(wěn)壓電源的功率管理設(shè)計(jì)很重要，一個(gè)好的電源功率管理設(shè)計(jì)， 可以大大的改善電磁干擾，從而改善輸出頻率的相位噪聲。本項(xiàng)目有VCM)壓控晶振鎖相源，需要大約IOW功率，最大電流約為700mA。倍頻鏈需要功率大約24W，消耗電流約2A，5MHz、IOMHzUOOMHz輸出單元需要功率約3W，消耗電流 0. 2A，供電電壓都是12V，如果用一組12V供電，則需要37W，消耗電流約3A。各部件通過供電電源會產(chǎn)生很大的相互電磁干擾。為了減小電磁干擾，設(shè)計(jì)了三組12V直流穩(wěn)壓電源，其中VCXO壓控晶振鎖相源和5MHz、IOMHz、IOOMHz輸出單元共用一組12V直流穩(wěn)壓電源，消耗電流約1A，500MHz倍頻器、IGHz倍頻器、5GHZ倍頻器共用一組12V直流穩(wěn)壓電源，約消耗電流1A，IOGHz倍頻器、15GHz倍頻器、20GHz倍頻器共用一組12V直流穩(wěn)壓電源，也約消耗電流1A，從而使得每一組12V直流穩(wěn)壓電源消耗電流基本相當(dāng)，只需消耗IA電流，因而可以很好地改善各模塊之間的電磁干擾。采用二次低噪聲線性穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，即每組直流穩(wěn)壓電源經(jīng)橋式整流濾波后，穩(wěn)壓到14V，再經(jīng)一次穩(wěn)壓濾波后，穩(wěn)壓到12V。這種設(shè)計(jì)可得到12 V直流電壓的紋波和噪聲小于lmV。另外，線性穩(wěn)壓模塊選擇了比實(shí)際大數(shù)倍負(fù)載電流，防止過熱增加熱噪聲和工作不穩(wěn)定，故選擇采用了 5A電流及低壓降為IV的線性穩(wěn)壓模塊，可減小自身功耗，降低了穩(wěn)壓模塊的溫度，同時(shí)給穩(wěn)壓模塊加裝散熱器，因而降低了機(jī)箱內(nèi)溫度。3、直流穩(wěn)壓電源電磁兼容性設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源小的紋波和噪聲，可以改善輸出信號的相位噪聲，從目前現(xiàn)有文獻(xiàn)看，從交流獲得直流穩(wěn)壓電源有開關(guān)電源穩(wěn)壓和線性穩(wěn)壓兩種方法。開關(guān)穩(wěn)壓電源可以省去一個(gè)大的電源變壓器，效率高，體積小，但它的紋波噪聲比較大，一般到達(dá)IOOmV,經(jīng)過精
5心設(shè)計(jì)的開關(guān)直流穩(wěn)壓電源的紋波和噪聲也有IOmV。而線性直流穩(wěn)壓電源則需要一只電源變壓器，效率沒有開關(guān)穩(wěn)壓電源高，體積稍大，但它的紋波和噪聲可以做到小于ImV。故本項(xiàng)目采用了低噪聲線性直流穩(wěn)壓模塊進(jìn)行電源設(shè)計(jì)，可得到低的紋波和噪聲，從而改善了輸出信號的頻譜純度。采用兩次穩(wěn)壓設(shè)計(jì)。為了獲得低紋波和低噪聲直流穩(wěn)壓電源，采用兩次穩(wěn)壓設(shè)計(jì)， 這樣可大大改善紋波和噪聲、穩(wěn)壓穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性。濾波電路采用大容量電解電容2000uF和104瓷介電容并聯(lián)作為濾波電路，這可以既濾掉50Hz、100Hz的紋波，也可以濾掉高頻噪聲。交流220V經(jīng)進(jìn)線濾波器濾波再送變壓器變壓，可把從交流電源進(jìn)入的電磁干擾濾除在機(jī)外。PCB板的設(shè)計(jì)采用大面積接地，三組12V直流穩(wěn)壓電源的地分開，然后集中一點(diǎn)接地，可以改善各部件通過電源相互串?dāng)_，也改善了直流穩(wěn)壓電源的紋波和噪聲。本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種低相位噪聲源，其特征是它包括壓控晶振鎖相源、第一功分器、第一低噪聲放大器、IOMHz倍頻器、第二功分器、第四低噪聲放大器構(gòu)成的高頻輸出單元和低噪聲倍頻鏈，所述的壓控晶振鎖相源的5MHz、IOOMHz的時(shí)鐘信號輸出端分別連接第一功分器、第二功分器的信號輸入端，第一功分器的一 5MHz信號輸出端通過第一低噪聲放大器后輸出5MHz時(shí)鐘信號；第一功分器的另一 5MHz信號輸出端通過IOMHz倍頻器倍頻到IOMHz時(shí)鐘信號輸出； 第二功分器的一 IOOMHz信號輸出端通過第四低噪聲放大器后輸出IOOMHz時(shí)鐘信號；第二功分器的另一 IOOMHz信號輸出端通過低噪聲倍頻鏈的倍頻得到多個(gè)微波時(shí)鐘信號輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相位噪聲源，其特征是所述的第一功分器、第一低噪聲放大器之間串接第一晶體濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相位噪聲源，其特征是所述的IOMHz倍頻器包括第二低噪聲放大器、X 2倍頻器、調(diào)諧放大器、帶通晶體濾波器和第三低噪聲濾波器，第二低噪聲放大器的信號輸入端作為IOMHz倍頻器的輸入與第一功分器的一 5MHz信號輸出端相連，第二低噪聲放大器的輸出依次連接X2倍頻器、調(diào)諧放大器、帶通晶體濾波器和第三低噪聲濾波器，第三低噪聲放大器的信號輸出端作為IOMHz倍頻器的輸出，輸出IOMHz時(shí)鐘信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相位噪聲源，其特征是所述的第二功分器、第四低噪聲放大器之間串接第二晶體濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相位噪聲源，其特征是所述的低相位噪聲源還包括低噪聲直流穩(wěn)壓電源和進(jìn)線濾波器，進(jìn)線濾波器與市電電源相連，進(jìn)線濾波器的輸出連接變壓器的輸入端，經(jīng)變壓、整流、濾波和兩次低噪聲線性直流穩(wěn)壓，輸出三組+12直流電壓為低相位噪聲源的各模塊進(jìn)行供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相位噪聲源，其特征是所述的低噪聲倍頻鏈的輸出的微波頻率點(diǎn)有500MHz、lGHz、5GHz、IOGHz、15GHz 和 20GHz。
專利摘要一種低相位噪聲源，包括壓控晶振鎖相源、由第一功分器、第一低噪聲放大器、10MHz倍頻器、第二功分器、第四低噪聲放大器構(gòu)成的高頻輸出單元和低噪聲倍頻鏈，壓控晶振鎖相源的5MHz、100MHz的時(shí)鐘信號輸出端分別連接第一、二功分器的輸入端，第一功分器的一輸出端通過第一低噪聲放大器后輸出5MHz時(shí)鐘信號；第一功分器的另一輸出端通過10MHz倍頻器倍頻到10MHz時(shí)鐘信號輸出；第二功分器的一輸出端通過第四低噪聲放大器后輸出100MHz時(shí)鐘信號；第二功分器的另一輸出端，通過低噪聲倍頻鏈的倍頻得到多個(gè)微波時(shí)鐘信號輸出。本實(shí)用新型在5MHz～20GHz頻率點(diǎn)的低相位噪聲，可以與相位噪聲分析系統(tǒng)相配套。
文檔編號H03L7/06GK202218217SQ201120236609
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者周新國, 李兆榮, 趙晨, 陳松濤, 魏燕婷 申請人:南京熊貓電子股份有限公司, 南京電子計(jì)量有限公司, 熊貓電子集團(tuán)有限公司