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一种星用基于SRD倍频锁相 频率源

阅读：31发布：2020-05-28

专利汇可以提供一种星用基于SRD倍频锁相频率源专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种星用基于SRD倍频锁相频率源，包括放大电路、SRD倍频网络、带通滤波器、放大器、混频器、低通滤波器、鉴相器、环路滤波器、VCO和微带滤波器。本发明采用内插混频技术，将数字锁相环与SRD 倍频器结合，利用SRD倍频器产生射频信号，VCO产生的分频信号作为本振信号，并利用锁相环的差拍信号产生VCO的控制电压，从而在锁相环锁定时，产生稳定的本振信号，将该本振信号下变频至一个较低的中频频率，从而将环路内的分频数降低数倍，达到改善频综相位噪声的目的。VCO中内置有分频器，相对于独立设置的分频器，有益于频率源小型化实现；而且采用微带滤波器对输出信号进行滤波，该微带滤波器可以在印刷板上直接光刻实现，有益于频率源小型化实现。，下面是一种星用基于SRD倍频锁相频率源专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种星用基于SRD倍频锁相频率源，其特征在于：包括倍频放大器、混频器、低通滤波器、鉴相器、环路滤波器、VCO和微带滤波器，其中：
倍频放大器：包括放大电路、SRD倍频网络、带通滤波器和放大器；放大电路将外部输入的参考频率信号进行功率放大后输出给SRD倍频网络；SRD倍频网络对放大后的参考频率信号进行倍频，输出给带通滤波器进行滤波，然后再经过放大器放大后，输出射频信号给混频器；
混频器：接收倍频放大器输出的射频信号，以及VCO输出的信号，对所述两路信号进行混频后，输出中频信号到低通滤波器；
低通滤波器：将从混频器接收的中频信号进行滤波后输出给鉴相器；
鉴相器：接收外部输入的参考频率信号，以及低通滤波器输出的中频信号；对所述两个信号进行比较，得到包含所述两个信号频差信息的差拍信号，输出给环路滤波器，当所述两个信号的频率相同时，环路锁定；
环路滤波器：对鉴相器输出的差拍信号进行放大滤波后，产生控制电压并输出给VCO；
VCO：上电起始，产生振荡频率为f的自由振荡信号，所述信号分为两路，一路输出到微带滤波器经滤波后向外输出，另一路经VCO内置的分频器进行分频后输出给混频器；在鉴相器环路锁定之后，产生振荡频率为fO的本振信号，所述本振信号分为两路，一路输出到微带滤波器经滤波后向外输出，另一路经VCO内置的分频器进行分频后输出给混频器，用于维持鉴相器环路锁定；
微带滤波器：接收VCO输出的信号，滤波后向外部输出。
2.根据权利要求1所述的一种星用基于SRD倍频锁相频率源，其特征在于：采用MIC工艺实现分腔设计，其中：将放大电路、SRD倍频网络、带通滤波器和放大器独立成腔，作为倍频腔；将混频器、低通滤波器独立成腔，作为混频腔；将鉴相器、环路滤波器、VCO和微带滤波器独立成腔，作为环路腔。
3.根据权利要求1所述的一种星用基于SRD倍频锁相频率源，其特征在于：SRD倍频网络包括信号源、电阻Rg、电容Cb、电感Lb、电阻Rb、电感Lm、电容Cm、电感L、电容Ct、阶跃恢复二极管SRD、λN/4微带线、电容Cc和负载电阻RL，其中：
信号源的两端分别连接电阻Rg和电容Cb，电阻Rg的另一端连接电阻Rb，电阻Rb与电感Lb串联，电感Lb的另一端与电容Cb连接；电容Cm与串联的电阻Rb和电感Lb并联；电感Lm的一端与电容Cm和电感Lb的连接端相连，另一端连接电感L，电感L的另一端与阶跃恢复二极管SRD的阳极相连；电容Ct的一端与电感Lm和电感L的连接端相连，另一端与电容Cm和电阻Rb的连接端相连，且与阶跃恢复二极管SRD的阴极相连；λN/4微带线的一端与阶跃恢复二极管SRD的阳极相连，另一端与电容Cc相连，电容Cc的另一端与负载电阻RL相连；负载电阻RL的另一端与阶跃恢复二极管SRD的阴极相连。
4.根据权利要求3所述的一种星用基于SRD倍频锁相频率源，其特征在于：电容Cc选用交指电容，并与λN/4微带线进行匹配连接，构成异形微带线。

说明书全文

一种星用基于SRD倍频锁相 频率源

技术领域

[0001] 本发明涉及星载通信电子技术系统技术领域，特别涉及一种星用基于SRD倍频锁相频率源。

背景技术

[0002] 频率源是通信电子设备的核心部件，在导航、精确制导、雷达、通信、电子对抗等领域得到越来越多的应用。现代军事电子对频率源提出了越来越高的要求。以往星载频率源设计方案多采用单环数字锁相技术，此方案的相位噪声指标受元器件等级及采购限制，已不能满足日益提高的系统指标要求。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种星用基于SRD倍频锁相频率源，该频率源采用数字锁相与SRD倍频器内插混频的方案，可以有效降低频率源相位噪声。

[0004] 本发明的上述目的通过以下方案实现：

[0005] 一种星用基于SRD倍频锁相频率源，包括倍频放大器、混频器、低通滤波器、鉴相器、环路滤波器、VCO和微带滤波器，其中：

[0006] 倍频放大器：包括放大电路、SRD倍频网络、带通滤波器和放大器；放大电路将外部输入的参考频率信号进行功率放大后输出给SRD倍频网络；SRD倍频网络对放大后的参考频率信号进行倍频，输出给带通滤波器进行滤波，然后再经过放大器放大后，输出射频信号给混频器；

[0007] 混频器：接收倍频放大器输出的射频信号，以及VCO输出的信号，对所述两路信号进行混频后，输出中频信号到低通滤波器；

[0008] 低通滤波器：将从混频器接收的中频信号进行滤波后输出给鉴相器；

[0009] 鉴相器：接收外部输入的参考频率信号，以及低通滤波器输出的中频信号；对所述两个信号进行比较，得到包含所述两个信号频差信息的差拍信号，输出给环路滤波器，当所述两个信号的频率相同时，环路锁定；

[0010] 环路滤波器：对鉴相器输出的差拍信号进行放大滤波后，产生控制电压并输出给VCO；

[0011] VCO：上电起始，产生振荡频率为f的自由振荡信号，所述信号分为两路，一路输出到微带滤波器经滤波后向外输出，另一路经VCO内置的分频器进行分频后输出给混频器；在鉴相器环路锁定之后，产生振荡频率为fO的本振信号，所述本振信号分为两路，一路输出到微带滤波器经滤波后向外输出，另一路经VCO内置的分频器进行分频后输出给混频器，用于维持鉴相器环路锁定；

[0012] 微带滤波器：接收VCO输出的信号，滤波后向外部输出。

[0013] 上述的星用基于SRD倍频锁相频率源，采用MIC工艺实现分腔设计，其中：将放大电路、SRD倍频网络、带通滤波器和放大器独立成腔，作为倍频腔；将混频器、低通滤波器独立成腔，作为混频腔；将鉴相器、环路滤波器、VCO和微带滤波器独立成腔，作为环路腔。

[0014] 上述的星用基于SRD倍频锁相频率源，SRD倍频网络包括信号源、电阻Rg、电容Cb、电感Lb、电阻Rb、电感Lm、电容Cm、电感L、电容Ct、阶跃恢复二极管SRD、λN/4微带线、电容Cc和负载电阻RL，其中：

[0015] 信号源的两端分别连接电阻Rg和电容Cb，电阻Rg的另一端连接电阻Rb，电阻Rb与电感Lb串联，电感Lb的另一端与电容Cb连接；电容Cm与串联的电阻Rb和电感Lb并联；电感Lm的一端与电容Cm和电感Lb的连接端相连，另一端连接电感L，电感L的另一端与阶跃恢复二极管SRD的阳极相连；电容Ct的一端与电感Lm和电感L的连接端相连，另一端与电容Cm和电阻Rb的连接端相连，且与阶跃恢复二极管SRD的阴极相连；λN/4微带线的一端与阶跃恢复二极管SRD的阳极相连，另一端与电容Cc相连，电容Cc的另一端与负载电阻RL相连；负载电阻RL的另一端与阶跃恢复二极管SRD的阴极相连。

[0016] 上述的星用基于SRD倍频锁相频率源，电容Cc选用交指电容，并与λN/4微带线进行匹配连接，构成异形微带线。

[0017] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：

[0018] (1)、本发明采用内插混频技术，将数字锁相环与SRD倍频器结合，利用SRD倍频器产生射频信号，利用VCO产生的分频信号作为本振信号，并利用锁相环的差拍信号产生VCO的控制电压，从而在锁相环锁定时，产生稳定的本振信号，将该本振信号下变频至一个较低的中频频率，从而将环路内的分频数N降低数倍，达到改善频综相位噪声的目的；

[0019] (2)、本发明采用的VCO中内置有分频器，相对于独立设置的分频器，有益于频率源小型化实现；

[0020] (3)、本发明采用微带滤波器对输出信号进行滤波，该微带滤波器可以在印刷板上直接光刻实现，有益于频率源小型化实现。附图说明

[0021] 图1为本发明的星用基于SRD倍频锁相频率源组成框图；

[0022] 图2为本发明中SRD倍频网络的电路原理图；

[0023] 图3为本发明中SRD倍频网络中由异形微带线构成的谐振网络模型；

[0024] 图4为本发明实施例中SRD倍频网络参数优化前输出的频谱图；

[0025] 图5为本发明实施例中SRD倍频网络参数优化后输出的频谱图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和具体实例对本发明作进一步详细的描述：

[0027] 如图1所示，本发明的星用基于SRD倍频锁相频率源包括倍频放大器、混频器、低通滤波器、鉴相器、环路滤波器、VCO和微带滤波器，其中，倍频放大器包括放大电路、SRD倍频网络、带通滤波器和放大器。该频率源可以应用于Ku、Ka频段。

[0028] (一)、各模块功能

[0029] (1)倍频放大器

[0030] 倍频放大器用于对外部输入的参考频率信号进行放大、倍频、滤波和再次放大。其中，放大电路将外部输入的参考频率信号进行功率放大后输出给SRD倍频网络，该放大电路可以采用三级FET管级联实现参考频率信号功率放大，为SRD倍频网络提供驱动，从而减小信号倍频损耗。SRD倍频网络用于对放大后的参考频率信号进行倍频，输出给带通滤波器进行滤波，然后再经过放大器放大后，输出射频信号给混频器。其中，带通滤波器可以选用高Q值带通滤波器，以获取较好的频谱纯度，该带通滤波器带外抑制大于50dBc，经滤波后的信号作为RF输入供给混频器。

[0031] 上述的SRD倍频网络可以通过如图2所示的电路实现，该电路包括偏置网络、匹配网络、脉冲发生器和谐振网络，具体包括信号源、信号源电阻Rg、电容Cb、电感Lb、电阻Rb、电感Lm、电容Cm、电感L、电容Ct、阶跃恢复二极管SRD、λN/4微带线、电容Cc和负载电阻RL，其中：信号源的两端分别连接电阻Rg和电容Cb，电阻Rg的另一端连接电阻Rb，电阻Rb与电感Lb串联，电感Lb的另一端与电容Cb连接；电容Cm与串联的电阻Rb和电感Lb并联；电感Lm的一端与电容Cm和电感Lb的连接端相连，另一端连接电感L，电感L的另一端与阶跃恢复二极管SRD的阳极相连；电容Ct的一端与电感Lm和电感L的连接端相连，另一端与电容Cm和电阻Rb的连接端相连，且与阶跃恢复二极管SRD的阴极相连；λN/4微带线的一端与阶跃恢复二极管SRD的阳极相连，另一端与电容Cc相连，电容Cc的另一端与负载电阻RL相连；负载电阻RL的另一端与阶跃恢复二极管SRD的阴极相连。

[0032] 在以上所述的SRD倍频网络电路中，谐振网络中电容Cc选用交指电容，并与λN/4微带线进行匹配连接，构成异形微带线，仿真电路模型如图3所示。这种异形微带线构成的谐振网络，得到的倍频信号功率高、稳定性好，对电路制造中的工艺偏差和外界温度变化不敏感，易于进行工程实现。

[0033] (2)混频器

[0034] 混频器接收倍频放大器输出的射频信号，以及VCO输出的信号，对所述两路信号进行混频后，输出中频信号到低通滤波器；

[0035] (3)低通滤波器

[0036] 由于混频器输出的信号中存在非线性组合频率，因此需设置滤波器对杂散进行抑制。本发明采用低通滤波器对混频器输出的中频信号进行滤波后输出给鉴相器。在具体工程实现中，可以选用5阶椭圆函数形式的LC低通滤波器，该种滤波器的电路简单，并能够有效的抑制带外杂散，且电阻、电容、电感值选值单一，对电路制造中工艺的偏差和外界温度变化不敏感，稳定性良好，具有很强的工程实现价值。

[0037] (4)鉴相器

[0038] 鉴相器接收外部输入的参考频率信号，以及低通滤波器输出的中频信号；对所述两个信号进行比较，得到包含所述两个信号频差信息的差拍信号，输出给环路滤波器，当所述两个信号的频率相同时，环路锁定。由于目前受器件等级和采购条件限制，可以选用鉴相器型号为PE9702，该鉴相器的相位噪声比同类产品差10dB以上，因此，本发明采用内插锁相环方式实现频率源，从而改善频率源的相位噪声性能。

[0039] (5)环路滤波器

[0040] 环路滤波器对鉴相器输出的差拍信号进行放大滤波后，产生控制电压并输出给VCO。

[0041] (6)VCO

[0042] 上电起始，VCO产生振荡频率为f的自由振荡信号，所述信号分为两路，一路输出到微带滤波器经滤波后向外输出，另一路经VCO内置的分频器进行分频后输出给混频器。在鉴相器环路锁定之后，产生振荡频率为fO的本振信号，所述本振信号分为两路，一路输出到微带滤波器经滤波后向外输出，另一路经VCO内置的分频器进行分频后输出给混频器，用于维持鉴相器环路锁定。

[0043] 为了在工程实现中进行小型化，本发明的VCO选用具有内置分频器的器件，相对于独立设置分频器的方案，可以进一步简化电路。

[0044] (7)、微带滤波器

[0045] 本发明在VCO输出端选用微带滤波器，对VCO输出信号进行滤波处理后向外部输出。这种微带滤波器可以在印刷板上直接光刻实现，有益于频率源小型化实现，而且具有较好的带外抑制性能。

[0046] (二)分腔设计

[0047] 在本发明中，为降低各环节产生的频率分量之间的空间干扰，在MIC工艺基础上进行分腔设计。具体实现如下：将放大电路、SRD倍频网络、带通滤波器和放大器独立成腔，作为倍频腔；将混频器、低通滤波器独立成腔，作为混频腔；将鉴相器、环路滤波器、VCO和微带滤波器独立成腔，作为环路腔。

[0048] 在以上的分腔设计基础上，还可以在不影响频综性能的前提下，在各腔体上局部镂空，有效减小体积和重量。

[0049] (三)网络参数优化

[0050] 在倍频放大器工程实现时，对SRD倍频网络中的各参数进行优化设计，对偏置网路进行调整，提高倍频后各频率分量的功率。在优化仿真中，首先设置偏置网络中的电容Cb、电感Lb、电阻Rb值，然后在仿真中调整电感Lm、电容Cm、电容Ct和电感L的值，进行网络优化仿真。

[0051] 在本实施例中，在仿真中设置参考频率输入信号为100MHz，频率源得到的×60倍输出频率结果如图4和图5所示。其中，图4为SRD网络参数未优化前的输出频谱图，图5为SRD网络参数优化后的输出频谱图，通过对比可以看出，通过网络参数的优化可以将倍频后信号功率提高近40dB。

[0052] 在具体工程实现中，由于高频条件下，电容、电感等元器件特性会发生变化，因此需要在仿真优化的基础上，在结合调试手段，最终确定倍频网络参数中的电感Lm、电容Cm、电容Ct和电感L的值。

[0053] 以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

[0054] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

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