專利名稱：微波寬帶低噪聲頻率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線通信領(lǐng)域中的用于微波信道本振源的微波寬帶低噪聲頻率合成器，特別適用于作為衛(wèi)星通信微波信道設(shè)備室內(nèi)單元的本振源使用。
背景技術(shù)：
由于衛(wèi)星通信的通信速率變化非常大，可用頻帶寬(對(duì)C、Ku頻段，通信帶寬達(dá)500MHz)，因而為滿足系統(tǒng)的通用性，信道設(shè)備的本振源必須具備寬帶、小步進(jìn)的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到傳輸信道的關(guān)系，本振源還應(yīng)具備低噪聲的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種能用于L波段作為微波信道設(shè)備本振源的微波寬帶低噪聲頻率合成器，本實(shí)用新型能夠在較惡劣的環(huán)境(-25℃～55℃)條件下正常工作，還具有集成化程度高、體積小、功耗低、調(diào)試簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它由鎖相環(huán)1、鎖相環(huán)2、壓控振蕩器3、混頻器11、中頻放大器7、8、分頻器5、9、射頻放大器10、環(huán)路濾波器12、擴(kuò)捕掃描電路6、鑒相器4、開關(guān)電路13組成，其中鎖相環(huán)2入端1腳與外部10MHz參考基準(zhǔn)源入端口A連接，鎖相環(huán)1出入端2腳、鎖相環(huán)2出入端2腳通過(guò)輸入輸出總線與外部監(jiān)控電路出入端口B連接，鎖相環(huán)2出端3腳與鎖相環(huán)1入端1腳連接，鎖相環(huán)1出端3腳與分頻器9入端1腳連接，分頻器9出端2腳與中頻放大器8入端2腳連接，中頻放大器8出端1腳與鑒相器4入端2腳連接，鎖相環(huán)2出端4腳與混頻器11入端2腳連接，壓控振蕩器3出端2腳與分頻器5入端2腳連接，分頻器5出端1腳與混頻器11入端1腳連接，混頻器11出端3腳與中頻放大器7入端1腳連接，中頻放大器7出端2腳與鑒相器4入端4腳連接，鑒相器4出端3腳與擴(kuò)捕掃描電路6入端2腳、開關(guān)電路13入端4腳并接，鑒相器4出端1腳與環(huán)路濾波器12入端2腳連接，擴(kuò)捕掃描電路6出端1腳與開關(guān)電路13入端3腳連接，環(huán)路濾波器12出端1腳與開關(guān)電路13入端2腳連接，開關(guān)電路13出端1腳與壓控振蕩器3入端1腳連接，壓控振蕩器3出端3腳與射頻放大器10入端1腳連接，射頻放大器10出端2腳與輸出端口C連接，電源14出端口+V1、+V2電壓端與各部件相應(yīng)電源端并接。
本實(shí)用新型的目的還可以通過(guò)以下措施達(dá)到本實(shí)用新型鑒相器4由90°功分器15、0°功分器16、混頻器17、18、電壓比較器19、電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、電容C1組成，其中中頻放大器7出端2腳與90°功分器15入端6腳連接，90°功分器15出端3、4腳接地端，出端5腳串接電阻R1后接地端，出端1腳與混頻器18入端4腳連接、出端2腳與混頻器17入端6腳連接；中頻放大器8出端1腳與0°功分器16入端6腳連接，0°功分器16出端1、2、5腳接地端，出端3腳與混頻器18入端6腳連接、出端4腳與混頻器17入端4腳連接；混頻器17出端1、3腳接地端、出端2、5腳與環(huán)路濾波器12入端2腳連接；混頻器18出端1、3腳接地端、出端5腳串接電阻R3后與電壓比較器19入端3腳連接、出端2腳一路串接電容C1后接地端、另一路串接電阻R2后與出端5腳連接；電阻R4一端與電源14出端+V1電壓端連接、另一端與電阻R5一端、混頻器18出端2腳并接；電阻R5另一端與電阻R6一端、電壓比較器19入端2腳連接；電阻R6另一端接地端；電壓比較器19入端8腳與電源14出端+V1電壓端連接、出端4腳接地端、出端1腳與擴(kuò)捕掃描電路6入端2腳、開關(guān)電路13入端4腳、電阻R7一端連接，電阻R7另一端與電源14出端+V2電壓端連接。
本實(shí)用新型開關(guān)電路13由開關(guān)二極管V1、場(chǎng)效應(yīng)管V2、三極管V3、電阻R10、R11、R12、電容C10組成，其中環(huán)路濾波器12出端1腳與開關(guān)二極管V1負(fù)極、場(chǎng)效應(yīng)管V2源極連接；開關(guān)二極管V1正極與場(chǎng)效應(yīng)管V2柵極、三極管V3集電極、電阻R10一端并接，電阻R10另一端與電源14出端+V1電壓端連接；場(chǎng)效應(yīng)管V2漏極與電容C10一端、電阻R12一端、擴(kuò)捕掃描電路6出端1腳并接；電容R10另一端接地端；電阻R12另一端與壓控振蕩器3入端1腳連接；三極管V3發(fā)射極接地端、基極串接電阻R11后與鑒相器4出端3腳、擴(kuò)捕掃描電路6入端2腳連接。
本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)1.本實(shí)用新型采用鑒相器(4)通過(guò)混頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較高頻率的模擬鑒相，提高了鑒相頻率，降低了因程序分頻比過(guò)高而造成合成器輸出相位噪聲惡化；采用開關(guān)電路(13)解決了擴(kuò)捕掃描與環(huán)路入鎖時(shí)經(jīng)常存在的不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有入鎖穩(wěn)定、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
2.本實(shí)用新型集成化程度高，功耗低，整機(jī)調(diào)試工作量小，能夠在較惡劣的環(huán)境(-25℃～55℃)條件下正常工作。
3.本實(shí)用新型體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本實(shí)用新型的原理方框圖。
圖2是本實(shí)用新型鑒相器4的電原理圖。
圖3是本實(shí)用新型開關(guān)電路13的電原理圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1至圖3，本實(shí)用新型由鎖相環(huán)1、鎖相環(huán)2、壓控振蕩器3、鑒相器4、混頻器11、中頻放大器7、8、分頻器5、9、射頻放大器10、環(huán)路濾波器12、開關(guān)電路13、擴(kuò)捕掃描電路6、電源14組成。其中鎖相環(huán)1、鎖相環(huán)2的出入端2腳通過(guò)輸入輸出總線與外部監(jiān)控電路出入端口B連接，用于設(shè)置本實(shí)用新型頻率合成器的頻率并向外傳送鎖定信息，鎖相環(huán)2的入端1腳外接10MHz的參考基準(zhǔn)信號(hào)入端口A連接，經(jīng)分路后從出端3腳輸出一路送到鎖相環(huán)1的入端1腳，鎖相環(huán)2的出端4腳輸出一射頻信號(hào)送給混頻器11入端2腳。鎖相環(huán)2其作用是作為一個(gè)大步進(jìn)的鎖相環(huán)，它通過(guò)采用相對(duì)大的鑒相頻率，降低了程序分頻比，提高了自身的輸出相位噪聲性能，實(shí)施例采用市售專用的鎖相環(huán)集成電路PE3236、壓控振蕩器HE483、低噪聲運(yùn)算放大器OP-27G制作。鎖相環(huán)1其作用是作為一個(gè)小步進(jìn)的鎖相環(huán)，使合成器最終輸出能夠達(dá)到125kHz的輸出頻率間隔，實(shí)施例采用市售專用的鎖相環(huán)集成電路MC145152、雙模前置分頻器B571C、壓控振蕩器HE882、低噪聲運(yùn)算放大器NE5534制作。
本實(shí)用新型分頻器5、9分別完成相應(yīng)輸入頻率的1/2、1/4分頻，實(shí)施例分別采用市售為uPB584G和uPB587G的集成器件制作。中頻放大器7其作用是對(duì)混頻器11出端3腳輸出的中頻信號(hào)進(jìn)行幅度放大以提高信號(hào)電平，滿足鑒相器4的工作條件要求，實(shí)施例采用雙級(jí)級(jí)聯(lián)放大，器件分別為市售2SC3356晶體管及單片集成放大器XN402C。中頻放大器8其作用是對(duì)分頻器9出端2腳輸出信號(hào)進(jìn)行放大，實(shí)施例采用單片集成放大器XN402C制作。射頻放大器10其作用是對(duì)壓控振蕩器3出端3腳輸出的射頻信號(hào)進(jìn)行緩沖隔離放大，并保證合成器的輸出功率要求，實(shí)施例采用單片集成放大器VAN25制作。
本實(shí)用新型混頻器11其作用是實(shí)現(xiàn)輸入射頻信號(hào)的相減，實(shí)施例采用TUF一5SM混頻器制作。環(huán)路濾波器12其作用是對(duì)鑒相器4輸出電壓進(jìn)行濾除，消除電壓紋波對(duì)輸出噪聲的影響，實(shí)施例采用低噪聲運(yùn)算放大器OP-27G制作。壓控振蕩器3其作用是直接振蕩輸出所需射頻信號(hào)，實(shí)施例采用專用1.7～2.4GHz的VCO制作。擴(kuò)捕掃描電路6其作用是當(dāng)設(shè)備初始加電或輸出頻率更改時(shí)，產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓通過(guò)開關(guān)電路13作用在壓控振蕩器3入端1腳，驅(qū)使壓控振蕩器3輸出頻率變化，直至落入鑒相器4的鑒相范圍，完成相位的鎖定，實(shí)施例采用通用運(yùn)算放大器LM258、開關(guān)三極管2N3904、2N3906制作。
本實(shí)用新型開關(guān)電路13由二極管V1、場(chǎng)效應(yīng)管V2、三極管V3、電阻R10、R11、R12、電容C10組成。電原理連接線路如圖3所示。環(huán)路濾波器12出端1腳與二極管V1負(fù)極、場(chǎng)效應(yīng)管V2源極連接；二極管V1正極與場(chǎng)效應(yīng)管V2柵極、三極管V3集電極、電阻R10一端并接，電阻R10另一端與電源14出端+V1電壓端連接；場(chǎng)效應(yīng)管V2漏極與電容C10一端、電阻R12一端、擴(kuò)捕掃描電路6出端1腳并接；電容C10另一端接地端；電阻R12另一端與壓控振蕩器3入端1腳連接；三極管V3發(fā)射極接地，基極串接電阻R11后與鑒相器4出端3腳、擴(kuò)捕掃描電路6入端2腳連接。三極管V3其作用相當(dāng)于一個(gè)電子開關(guān)，其基極在鑒相器4出端3腳輸出的TTL高、低電平作用下，集電極和發(fā)射極接通、斷開，將二極管V1正極鉗位為低、高電平，實(shí)施例采用市售2N3904型晶體管制作。二極管V1其作用是利用自身壓降特性保證正常工作時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管V2柵極電壓始終大于源極電壓，實(shí)施例采用市售F4148型二極管制作。場(chǎng)效應(yīng)管V2其作用是在鑒相器4出端3腳輸出的TTL高、低電平作用下，使環(huán)路濾波器12出端1腳與壓控振蕩器3入端1腳維持?jǐn)嚅_、接通的狀態(tài)，實(shí)施例采用3DJ7H型場(chǎng)效應(yīng)管制作。電阻R10、R11、R12、電容C10采用市售通用電阻、電容器件制作。
本實(shí)用新型鑒相器4由90°功分器15、0°功分器16、混頻器17、18、電壓比較器19、電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、電容C1組成。電原理連接線路如圖2所示。中頻放大器7出端2腳與90°功分器15入端6腳連接，90°功分器15出端3、4腳接地端，出端5腳串接電阻R1后接地端，出端1腳與混頻器18入端4腳連接，出端2腳與混頻器17入端6腳連接，中頻放大器8出端1腳與0°功分器16入端6腳連接，0°功分器16出端1、2、5腳接地，出端3腳與混頻器18入端6腳連接，出端4腳與混頻器17入端4腳連接，混頻器17出端1、3腳接地，出端2、5腳與環(huán)路濾波器12入端2腳連接，混頻器18出端1、3腳接地，出端5腳串接電阻R3后與電壓比較器19入端3腳連接，出端2腳一路串接電容C1后接地端，另一路串接電阻R2后與出端5腳連接，電阻R4一端與電源14出端+V1電壓端連接，另一端與電阻R5、混頻器18出端2腳連接，電阻R5另一端與電阻R6一端、電壓比較器19入端2腳連接，電阻R6另一端接地端，電壓比較器19入端8腳與電源14出端+V1電壓端連接，出端4腳接地端，出端1腳與擴(kuò)捕掃描電路6入端2腳、開關(guān)電路13入端4腳、電阻R7一端連接，電阻R7另一端與電源14出端+V2電壓端連接。90°功分器15其作用是輸出一路0°、一路經(jīng)90°移相的信號(hào)分別送入混頻器17、18，實(shí)施例采用市售SLQ-01集成器件制作；0°功分器16其作用是將輸入信號(hào)分為兩路分別送入混頻器17、18，實(shí)施例采用市售SD-2集成器件制作；混頻器17、18其作用是分別完成同步鑒相和正交鑒相，實(shí)施例分別采用市售SMD-K1集成器件制作；電壓比較器19其作用是將混頻器18輸出電平與電阻R4、R5、R6分壓后的電壓比較，輸出一個(gè)TTL電平控制開關(guān)電路13、擴(kuò)捕掃描電路6的工作與否，實(shí)施例采用運(yùn)算放大器LM293制作。實(shí)施例電阻R1至R7、電容C1采用市售通用器件制作。
本實(shí)用新型電源14其作用提供各級(jí)部件直流工作電壓，實(shí)施例采用通用直流穩(wěn)壓電源線路自制而成，其輸出+V1電壓為+15伏、輸出+V2電壓為+5伏。
本實(shí)用新型工作原理如下采用并行接口控制，鎖相環(huán)2入端1腳外接入端口A輸入10MHz參考基準(zhǔn)源，通過(guò)合成器三個(gè)鎖相環(huán)路的作用，使輸出射頻信號(hào)獲得與參考基準(zhǔn)源相同的頻率穩(wěn)定度。首先接通電源，入端口B通過(guò)監(jiān)控電路或撥號(hào)開關(guān)設(shè)置輸出頻率，合成器的鎖相環(huán)1、鎖相環(huán)2首先鎖定，之后鎖相環(huán)1輸出經(jīng)1/4分頻器9及中頻放大器8產(chǎn)生一個(gè)參考載波進(jìn)鑒相器4；壓控振蕩器3一路輸出經(jīng)1/2分頻器5與鎖相環(huán)2輸出在混頻器11相減，輸出差頻經(jīng)中頻放大器7將信號(hào)電平提高后同樣送入鑒相器4；當(dāng)壓控振蕩器3輸出頻率與設(shè)置頻率相距較大時(shí)，鑒相器4送出一個(gè)控制信號(hào)觸發(fā)擴(kuò)捕掃描電路6并關(guān)斷開關(guān)電路13，驅(qū)使壓控振蕩器3輸出頻率跳變，當(dāng)其頻率接近設(shè)置頻率時(shí)，鑒相器4輸出一個(gè)控制信號(hào)關(guān)斷擴(kuò)捕掃描電路6，首先完成頻率的快捕，并同時(shí)接通開關(guān)電路13，再完成相位的鎖定。此時(shí)合成器進(jìn)入正常工作狀態(tài)并保持穩(wěn)定的輸出頻率。
本實(shí)用新型的安裝結(jié)構(gòu)如下全部電路元器件雙面貼裝在一塊長(zhǎng)×寬為142×122毫米的雙面印制板上，屏蔽盒體采用上、下雙層、多槽區(qū)結(jié)構(gòu)，通過(guò)電路板上的通孔將其夾在中間，既實(shí)現(xiàn)電磁信號(hào)的空間隔離，又方便于射頻信號(hào)的就近接地，上、下盒體再通過(guò)上、下蓋板實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的密封。輸入基準(zhǔn)信號(hào)端口A及輸出射頻信號(hào)端口C采用兩個(gè)SMA-F電纜頭連接，并行接口輸入端口B、電源線、告警線通過(guò)一個(gè)CD-25芯的電纜連接器連接組裝成本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種由鎖相環(huán)(1)、鎖相環(huán)(2)、壓控振蕩器(3)、混頻器(11)、中頻放大器(7)、(8)、分頻器(5)、(9)、射頻放大器(10)、環(huán)路濾波器(12)、擴(kuò)捕掃描電路(6)、電源(14)組成的微波寬帶低噪聲頻率合成器，其特征在于還有鑒相器(4)、開關(guān)電路(13)組成，其中鎖相環(huán)(2)入端1腳與外部10MHz參考基準(zhǔn)源入端口A連接，鎖相環(huán)(1)出入端2腳、鎖相環(huán)(2)出入端2腳通過(guò)輸入輸出總線與外部監(jiān)控電路出入端口B連接，鎖相環(huán)(2)出端3腳與鎖相環(huán)1(1)入端1腳連接，鎖相環(huán)(1)出端3腳與分頻器(9)入端1腳連接，分頻器(9)出端2腳與中頻放大器(8)入端2腳連接，中頻放大器(8)出端1腳與鑒相器(4)入端2腳連接，鎖相環(huán)(2)出端4腳與混頻器(11)入端2腳連接，壓控振蕩器(3)出端2腳與分頻器(5)入端2腳連接，分頻器(5)出端1腳與混頻器(11)入端1腳連接，混頻器(11)出端3腳與中頻放大器(7)入端1腳連接，中頻放大器(7)出端2腳與鑒相器(4)入端4腳連接，鑒相器(4)出端3腳與擴(kuò)捕掃描電路(6)入端2腳、開關(guān)電路(13)入端4腳并接，鑒相器(4)出端1腳與環(huán)路濾波器(12)入端2腳連接，擴(kuò)捕掃描電路(6)出端1腳與開關(guān)電路(13)入端3腳連接，環(huán)路濾波器(12)出端1腳與開關(guān)電路(13)入端2腳連接，開關(guān)電路(13)出端1腳與壓控振蕩器(3)入端1腳連接，壓控振蕩器(3)出端3腳與射頻放大器(10)入端1腳連接，射頻放大器(10)出端2腳與輸出端口C連接，電源(14)出端口+V1、+V2電壓端與各部件相應(yīng)電源端并接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波寬帶低噪聲頻率合成器，其特征在于鑒相器(4)由90°功分器(15)、0°功分器(16)、混頻器(17)、(18)、電壓比較器(19)、電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、電容C1組成，其中中頻放大器(7)出端2腳與90°功分器(15)入端6腳連接，90°功分器(15)出端3、4腳接地端，出端5腳串接電阻R1后接地端，出端1腳與混頻器(18)入端4腳連接、出端2腳與混頻器(17)入端6腳連接；中頻放大器(8)出端1腳與0°功分器(16)入端6腳連接，0°功分器(16)出端1、2、5腳接地端，出端3腳與混頻器(18)入端6腳連接、出端4腳與混頻器(17)入端4腳連接；混頻器(17)出端1、3腳接地端、出端2、5腳與環(huán)路濾波器(12)入端2腳連接；混頻器(18)出端1、3腳接地端、出端5腳串接電阻R3后與電壓比較器(19)入端3腳連接、出端2腳一路串接電容C1后接地端、另一路串接電阻R2后與出端5腳連接；電阻R4一端與電源(14)出端+V1電壓端連接、另一端與電阻R5一端、混頻器(18)出端2腳并接；電阻R5另一端與電阻R6一端、電壓比較器(19)入端2腳連接；電阻R6另一端接地端；電壓比較器(19)入端8腳與電源(14)出端+V1電壓端連接、出端4腳接地端、出端1腳與擴(kuò)捕掃描電路(6)入端2腳、開關(guān)電路(13)入端4腳、電阻R7一端連接，電阻R7另一端與電源(14)出端+V2電壓端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波寬帶低噪聲頻率合成器，其特征在于開關(guān)電路(13)由開關(guān)二極管V1、場(chǎng)效應(yīng)管V2、三極管V3、電阻R10、R11、R12、電容C10組成，其中環(huán)路濾波器(12)出端1腳與開關(guān)二極管V1負(fù)極、場(chǎng)效應(yīng)管V2源極連接；開關(guān)二極管V1正極與場(chǎng)效應(yīng)管V2柵極、三極管V3集電極、電阻R10一端并接，電阻R10另一端與電源(14)出端+V1電壓端連接；場(chǎng)效應(yīng)管V2漏極與電容C10一端、電阻R12一端、擴(kuò)捕掃描電路(6)出端1腳并接；電容R10另一端接地端；電阻R12另一端與壓控振蕩器(3)入端1腳連接；三極管V3發(fā)射極接地端、基極串接電阻R11后與鑒相器(4)出端3腳、擴(kuò)捕掃描電路(6)入端2腳連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微波寬帶低噪聲頻率合成器，它涉及通信領(lǐng)域中的微波信道本振源的頻率合成器。它由兩個(gè)鎖相環(huán)、壓控振蕩器、混頻器、射頻及中頻放大器、鑒相器、開關(guān)電路、擴(kuò)捕掃描電路、環(huán)路濾波器、電源等部件組成。它通過(guò)并行接口(TTL電平)進(jìn)行頻率控制，鎖定告警采用TTL高電平；內(nèi)部實(shí)現(xiàn)由小步進(jìn)環(huán)、大步進(jìn)環(huán)及輸出合環(huán)三個(gè)鎖相環(huán)路實(shí)現(xiàn)頻率合成目的。該實(shí)用新型具有輸出頻率范圍寬、輸出噪聲低、集成化程度高、性能穩(wěn)定可靠、體積小、重量輕、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，能夠在惡劣環(huán)境下正常工作，特別適用作為衛(wèi)星通信微波信道設(shè)備室內(nèi)單元的本振源。
文檔編號(hào)H04B7/15GK2562508SQ0225211
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者楊志國(guó) 申請(qǐng)人:信息產(chǎn)業(yè)部電子第五十四研究所