專利名稱：一種寬頻帶的x波段直接式頻率綜合器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信、雷達、電子對抗、測量儀表等電子設備領域，尤其涉及雷達設備中一種工作頻帶寬、相位噪聲低、雜散抑制高、跳頻速度快的X波段直接式頻率綜合器。
背景技術：
頻率綜合器是通信、雷達、電子對抗、測量儀表等電子設備的關鍵組成部分之一。由于對這些電子設備的技術要求不斷提高，性能優(yōu)良的頻綜器應該具備輸出頻帶寬、相位噪聲低、雜散抑制高、跳頻速度快、環(huán)境適應能力強等特點，這也是頻率綜合器的發(fā)展方向。目前，絕大多數的頻率綜合器采用鎖相式合成(PLL)。其優(yōu)點是結構簡單、雜散小。由于鎖相環(huán)電路的局限，其跳頻時間多為數十微秒量級，無法達到I微秒的速度。如果需要 達到寬頻帶工作的要求，鎖相式頻率綜合器需要相應的寬帶微波壓控振蕩器VC0，其壓控靈敏度變化大，在環(huán)境條件變化較劇烈的情況工作穩(wěn)定性差。也有少數采用直接式合成的雷達頻率綜合器，雖然其相位噪聲和頻率捷變性也不錯，但工作頻帶一般只有10%左右。發(fā)明內容針對上述問題，本實用新型提供了一種工作頻帶寬、相位噪聲低、雜散抑制高、跳頻速度快、適應能力強的X波段直接式頻率綜合器及利用該頻率綜合器產生信號的方法。為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案如下一種寬頻帶的X波段直接式頻率綜合器，包括晶體振蕩器電路、頻率頻標產生電路、上變頻電路；所述晶體振蕩器電路作為基準參考信號產生源連接所述頻率頻標產生電路；所述上變頻電路包括第一上變頻單元、第二上變頻單元、第三上變頻單元、第一開關選擇電路，第二開關選擇電路，第三開關選擇電路、第一高波段頻標、第二高波段頻標；所述頻率頻標產生電路輸入第一低波段頻標和20個細點頻率于所述第一上變頻單元得到20個低波段細點頻率，輸入5個粗點頻率于所述第二上變頻單元，輸入第二低波段頻標于所述第三上變頻單元；所述第二上變頻單元包括第一上變頻器和第二上變頻器，所述第一高波段頻標和所述第二高波段頻標通過第三開關選擇電路連接所述第一上變頻器并通過所述第一上變頻器得到頻率覆蓋所述頻率綜合器二分之一帶寬的10個高波段粗點頻率，將所述10個高波段粗點頻率和所述20個低波段細點頻率輸入所述第二上變頻器得到X波段頻率的具有200個跳頻點的一本振輸出信號,所述一本振輸出信號輸入第一開關選擇電路和第二開關選擇電路后得到其頻率覆蓋范圍略大于所述頻率綜合器二分之一帶寬的信號；所述一本振輸出信號輸入第一開關選擇電路后輸入所述第三上變頻單元，所述第三上變頻單元輸出頻率覆蓋范圍等于所述頻率綜合器二分之一帶寬的另一半一本振信號，所述另一半一本振信號可通過第二開關選擇電路輸出。進一步的，所述電路設有隔振器。應用所述綜合器的寬頻帶信號輸出方法，其特征在于，將IOOMHz的晶體振蕩器電路設為基準參考信號，第一高波段頻標或第二高波段頻標由第三開關選擇電路進行選擇，將所述頻率頻標產生電路產生的第一低波段頻標信號、第二低波段頻標信號、間隔IOMHz的20個細點頻率信號分別輸入到第一上變頻單元、第三上變頻單元和第一上變頻單元，將第一高波段頻標或第二高波段頻標產生的信號和所述頻率頻標產生電路產生的間隔200MHz的5個粗點頻率信號輸入到第二上變頻單元中第一上變頻器，得到覆蓋所述頻率綜合器二分之一帶寬高波段10個粗點頻率信號，所述20個細點頻率信號與第一低波段頻標信號通過第一上變頻單元得到低波段20個細點頻率信號，所述低波段20個細點頻率信號和高波段10個粗點頻率信號在第二上變頻單元中第二上變頻器合成得到X波段頻率間隔為IOMHz的200個跳頻點的一本振輸出信號,將該輸出信號經第一開關選擇電路與第二低波段頻標信號在第三上變頻單元中合成得到頻率覆蓋范圍略等于所述頻率綜合器二分之一帶寬的另一半一本振信號。，將所述一本振輸出信號和所述另一半一本振信號通過所述第二開關選擇電路進行選擇輸出。本實用新型的有益效果在于由頻率精度高、相位噪聲低的晶體振蕩器作為頻率頻標產生電路的基準參考信號，在較低的頻率上產生一系列頻率間隔較小的細點頻率和間隔較大的粗點頻率，通過上變頻和開關電路將細點頻率插入到間隔較大的粗點頻率中，以實現數百點的跳頻功能，通過上變頻、開關電路和頻率選擇電路輸出寬頻帶信號，并對雜散進行有效抑制和快速跳頻。所設計的小型隔振系統(tǒng)能有效地減小振動對相位噪聲的影響。 本實用新型相對于其他頻率綜合器在于工作頻帶，X波段大于30%，寬帶范圍內雜散抑制高達75dB以上，相位噪聲低，在-113 -109dBc/Hz@lKHz，即使在振動情況下，相位噪聲也低于-100dBc/Hz@lKHz。工作溫度 _55°C +70°C。重量輕，小于 3. 7Kg。

圖I為本實用新型的結構框圖；圖2為本實用新型在頻帶低端偏離載頻IKHz時的相位噪聲測試結果圖；圖3為本實用新型的頻譜曲線圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的說明。一種寬頻帶的X波段直接式頻率綜合器，其工作原理框圖見圖1，圖中IOOMHz頻率精度高、低相噪晶體振蕩器I為基準參考信號，并輸入到頻率頻標產生電路即細點粗點頻率產生電路和低波段頻標產生電路2，該電路產生間隔IOMHz的20個細點頻率、間隔200MHz的5個粗點頻率、第一低波段頻標信號和第二低波段頻標信號。將20個細點頻率與第一低波段頻標輸入第一上變頻單元5得到低波段20個細點頻率。第二上變頻單元6包括兩個上變頻器。第一高波段頻標3與第二高波段頻標4頻率相差大于頻率綜合器的四分之一頻率帶寬，第一高波段頻標3和第二高波段頻標4由開關控制電路8(圖示中開關即為開關控制電路，開關控制電路將外部控制信號轉換成開關和濾波器組成的頻率選擇電路所需的控制信號，由于跳頻的時間主要取決于開關速度，直接式頻率綜合器可達到小于I微秒的跳頻時間)進行選擇。將第一高波段頻標3或第一高波段頻標4和5個粗點頻率輸入到第二上變頻單元6中第一個上變頻器，得到頻率覆蓋頻率綜合器二分之一帶寬高波段10個粗點頻率，再和第一上變頻單元5輸出的低波段20個細點頻率在第二上變頻單元6中第二個上變頻器合成得到X波段頻率間隔為IOMHz的200個跳頻點的一本振輸出信號，其頻率頻率覆蓋范圍略大于頻率綜合器的二分之一帶寬。而后由該信號經開關與第二低波段頻標信號在第三上變頻單元中合成得到頻率覆蓋范圍略等于頻率綜合器二分之一帶寬的另一半一本振信號。最后實現了在X波段大于30%帶寬范圍有400個跳頻點的一本振信號。設IOOMHz晶體振蕩器相位噪聲=-155dBc/Hz，偏離載頻1kHz，頻率產生電路相位噪聲=晶振參考相噪+201g (N) +3，式中N為諧波數，按第一低波段頻標和第二低波段頻標最高頻率計算。低波段頻標輸出最大相位噪聲=_155+201g (N) +3=-128dBc/Hz，偏離載頻IkHz。高波段頻標相位噪聲=晶振參考相噪+201g (N) +3，式中N為高波段頻標頻率對晶振IOOMHz頻率的倍頻，按高波段頻標最高頻率計算。高波段頻標輸出最大相位噪聲=-155+201g (N)+3=-116dBc/Hz，偏離載頻 IkHz0上變頻單元輸出相噪=IOlg (10^ + 10 )，式中I^n2為上變頻器兩個輸入頻率的相位噪聲，單位為dBc。低波段頻標電路相位噪聲比高波段頻標相位噪聲對頻率綜合器最終相噪影響較小，主要由晶體振蕩器相位噪聲決定，考慮到3個上變頻單元相位噪聲 的損失2dB后，該頻率綜合器相噪應可以達到-114dBc/Hz。附圖2為實測X波段直接式頻率綜合器在頻帶低端偏離載頻IKHz時的相位噪聲。直接式頻率綜合器通過多個倍頻、分頻和上變頻電路對頻率進行加減乘除四則運算合成符合頻率帶寬和跳頻間隔的一系列信號。對于倍頻和分頻電路而言，用濾波器可以很容易輸出所要的輸出頻率，濾除其周圍的雜散信號。但是對于上變頻電路，由于其非線性，當兩個信號輸入后，將產生Hifiinf2S調分量頻率，其中m、n為正整數1、2、3…，f\、f2為輸入信號頻率，除了 f\+f2上變頻信號為有用信號夕卜，其它信號分量均為雜散。如果對上變頻器輸入信號頻率和電路選擇不當，部分雜散信號會落入濾波器通帶或過渡帶內，特別是輸出頻帶很寬、頻率很多的情況下雜散就更加嚴重。要讓所有的輸出頻率上雜散信號在濾波器通帶外并被很好的抑制是十分困難的。因此，雜散抑制是寬頻帶直接式頻率綜合器的關鍵技術。本實用新型中采用3個上變頻單元,其中，第二上變頻單元6包括有兩個上變頻器，具體設計的方法是先要計算出每個上變頻器輸出頻率f\、f2所有互調分量的頻率，然后計算經過濾波器后的雜散輸出。通過選擇合理的上變頻器輸入頻率、合理的器件以及合適矩形系數的帶通濾波器可以滿足整個頻帶內所有輸出頻率達到雜散小于_75dB的要求。圖3為X波段直接式頻綜器頻譜曲線，直接式頻率綜合器的跳頻時間主要是由開關的轉換時間和濾波器和電路的延遲時間決定。由于開關的轉換時間小于100ns，濾波器的時間與帶寬有關，本頻綜器濾波器的帶寬都大于10MHz，因此濾波器的延遲時間很短。本頻綜器的跳頻時間主要由開關轉換時間決定。直接式頻率綜合器由兩個模塊組成,為了改善產品的抗震性能，防止盒體及電路元器件在振動頻率范圍可能出現的共振，增強了外部框架和內部連接的剛度，增加電路板螺釘的數量和印制板的厚度。由于使用條件的限制，在結構設計方面對振動敏感器件和電路，用小型化隔振器進行隔振設計，此類隔振器諧振頻率低。對這部分器件、電路單獨做振動試驗相噪惡化約6 9dBc/Hz，隔振效果較好。本實用新型專利不僅限于上述實施例所示的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換或者改進等，均應該包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種寬頻帶的X波段直接式頻率綜合器，其特征在于，包括晶體振蕩器電路、頻率頻標產生電路、上變頻電路；所述晶體振蕩器電路作為基準參考信號產生源連接所述頻率頻標產生電路；所述上變頻電路包括第一上變頻單元、第二上變頻單元、第三上變頻單元、第一開關選擇電路，第二開關選擇電路，第三開關選擇電路、第一高波段頻標、第二高波段頻標；所述頻率頻標產生電路輸入第一低波段頻標和20個細點頻率于所述第一上變頻單元后得到20個低波段細點頻率，輸入5個粗點頻率于所述第二上變頻單元，輸入第二低波段頻標于所述第三上變頻單元；所述第二上變頻單元包括第一上變頻器和第二上變頻器，所述第一高波段頻標和所述第二高波段頻標通過第三開關選擇電路連接所述第一上變頻器并通過所述第一上變頻器得到頻率覆蓋所述頻率綜合器二分之一帶寬的10個高波段粗點頻率，將所述10個高波段粗點頻率和所述20個低波段細點頻率輸入所述第二上變頻器得到X波段頻率的具有200個跳頻點的一本振輸出信號，所述一本振輸出信號輸入第一開關選擇電路和第二開關選擇電路后得到其頻率覆蓋范圍略大于所述頻率綜合器二分之一帶寬的信號；所述一本振輸出信號輸入第一開關選擇電路后輸入所述第三上變頻單元，所述第三上變頻單元輸出頻率覆蓋范圍等于所述頻率綜合器二分之一帶寬的另一半一本振信號，所述另一半一本振信號可通過第二開關選擇電路輸出。
2.根據權利要求I所述的一種寬頻帶的X波段直接式頻率綜合器，其特征在于，所述電路設有隔振器。
專利摘要本實用新型公開了一種寬頻帶的X波段直接式頻率綜合器，包括晶體振蕩器電路、頻率頻標產生電路、上變頻電路；由頻率精度高、相位噪聲低的晶體振蕩器作為頻率頻標產生電路的基準參考信號，在較低的頻率上產生一系列頻率間隔較小的細點頻率和間隔較大的粗點頻率，通過上變頻和開關電路將細點頻率插入到間隔較大的粗點頻率中，以實現數百點的跳頻功能，通過上變頻、開關電路和頻率選擇電路輸出寬頻帶信號，并對雜散進行有效抑制和快速跳頻，所設計的小型隔振系統(tǒng)能有效地減小振動對相位噪聲的影響。
文檔編號H03L7/24GK202586929SQ201120546170
公開日2012年12月5日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者石龍生 申請人:無錫華測電子系統(tǒng)有限公司