一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，包括晶體振蕩器、數(shù)字鑒相器、第一濾波器、第二濾波器、環(huán)路濾波器、第一放大器、第二放大器、諧波發(fā)生器、壓控振蕩器和混頻器。本發(fā)明在傳統(tǒng)的單環(huán)數(shù)字頻率源電路中加入混頻器和諧波發(fā)生電路，將混頻后的差信號控制在200MHz以內(nèi)，當(dāng)差信號反饋到數(shù)字鑒相器時，降低了數(shù)字鑒相器的分頻比，在實現(xiàn)壓控振蕩器輸出頻率為晶體振蕩器自身振蕩頻率小數(shù)倍的同時其相位噪聲指標(biāo)得到最優(yōu)化。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的單環(huán)數(shù)字鎖相電路其相位噪聲和雜散性能得到提高；相比于傳統(tǒng)的單環(huán)取樣鎖相電路其不需調(diào)試、實現(xiàn)頻率精度高。所有的電路經(jīng)過合理的布局設(shè)計，可以為星載接收機、發(fā)射機提供本振頻率源信號。
【專利說明】一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，屬于微波電路【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，星載頻率源往往要實現(xiàn)壓控振蕩器輸出頻率為晶體振蕩器自身振蕩頻率的小數(shù)倍頻，同時，對該種頻率源的相位噪聲指標(biāo)、雜散指標(biāo)提出了更高的要求。為滿足某型號星載頻率源的設(shè)計要求，開展了與之相關(guān)的頻率源設(shè)計。
[0003]頻率源廣泛的應(yīng)用在各種衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，它性能的好壞直接影響到整個衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能的好壞。傳統(tǒng)的單環(huán)數(shù)字鎖相頻率源電路如圖1所示，傳統(tǒng)的單環(huán)取樣鎖相頻率源電路如圖2所示。傳統(tǒng)的單環(huán)數(shù)字鎖相電路其相位噪聲和雜散性能差；傳統(tǒng)的單環(huán)取樣鎖相電路其調(diào)試難度高、實現(xiàn)頻率精度低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，通過在傳統(tǒng)的單環(huán)數(shù)字鎖相電路中加入諧波發(fā)生器、混頻器、放大器和濾波器，很好的提高了頻率源電路的雜散指標(biāo)和相位噪聲指標(biāo)，解決了現(xiàn)有星載頻率源不能小數(shù)倍頻、相位噪聲差、雜散抑制差、調(diào)試難度大的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路,包括晶體振蕩器、數(shù)字鑒相器、第一濾波器、第二濾波器、環(huán)路濾波器、第一放大器、第二放大器、諧波發(fā)生器、壓控振蕩器、混頻器；晶體振蕩器通過振蕩產(chǎn)生輸出兩路頻率相同、幅度相等的晶體振蕩信號，將兩路頻率相同、幅度相等的晶體振蕩信號分別送至數(shù)字鑒相器和諧波發(fā)生器，諧波發(fā)生器將送來的晶體振蕩信號進(jìn)行諧波發(fā)生后產(chǎn)生晶體振蕩信號的相應(yīng)諧波送至第二濾波器，第二濾波器將送來的晶體振蕩信號的相應(yīng)諧波進(jìn)行帶通濾波，濾波后得到一個晶體振蕩信號的諧波送至混頻器；
[0006]數(shù)字鑒相器將晶體振蕩器送來的晶體振蕩信號和第二放大器送來的頻率差信號進(jìn)行鑒相，當(dāng)數(shù)字鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、第一放大器、混頻器、第一濾波器和第二放大器組成的環(huán)路達(dá)到鎖定后，將鎖定的電壓送給環(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器將送來的鎖定的電壓進(jìn)行積分濾波后產(chǎn)生積分濾波后的鎖定電壓送至壓控振蕩器，壓控振蕩器在積分濾波后的鎖定電壓控制下，振蕩產(chǎn)生兩路頻率相同、幅度相等的鎖定信號一路作為諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出，另一路送至第一放大器，將鎖定信號功率放大至混頻器所需的本振激勵電平后，作為混頻器所需的本振激勵電平的鎖定信號送至混頻器，混頻器將第一放大器送來的鎖定信號和第二濾波器送來的一個晶體振蕩信號諧波進(jìn)行下變頻混頻，再經(jīng)過第一濾波器進(jìn)行低通濾波，輸出鎖定信號和一個晶體振蕩信號諧波的頻率差信號，送至第二放大器。
[0007]所述晶體振蕩器通過振蕩產(chǎn)生輸出兩路頻率相同、幅度相等的信號，晶體振蕩器產(chǎn)生的頻率可以是任意頻率。
[0008]通過改變所述晶體振蕩器的振蕩輸出信號頻率，能夠改變諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出頻率。
[0009]通過改變所述第二濾波器的頻率，濾出晶體振蕩信號的不同諧波，能夠改變諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出頻率。
[0010]通過改變所述數(shù)字鑒相器的分頻比，能夠改變諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出頻率。
[0011]所述諧波發(fā)生器包括第一電容Cl、電阻R、第二電容C2、第一電感L1、二極管D、第三電容C3、第二電感L2,晶體振蕩器送來的晶體振蕩信號進(jìn)入第一電容Cl的一端,第一電容Cl的另一端輸出三路，一路連接電阻R的一端，另一路連接第二電容C2的一端，再一路連接第一電感LI的一端，電阻R的另一端傳接地，第二電容C2的另一端接地，第一電感LI的另一端一方面連接二極管D的正極，另一方面連接第三電容C3的一端，二極管D的負(fù)極接地，第三電容C3的另一端一路傳輸給第二電感L2的一端,一路作為輸入給第二濾波器，第二電感L2的另一端接地。
[0012]所述諧波發(fā)生器的二極管D為階躍二極管。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0014](I)本發(fā)明環(huán)路中加入混頻器，將混頻器輸出的頻率差信號控制在200MHz以內(nèi)，當(dāng)頻率差信號反饋到數(shù)字鑒相器時，降低了數(shù)字鑒相器的分頻比，在實現(xiàn)輸出頻率為晶體振蕩器產(chǎn)生信號小數(shù)倍的同時其相位噪聲指標(biāo)得到最優(yōu)化。
[0015](2)本發(fā)明諧波發(fā)生器產(chǎn)生的信號作為電路中混頻器所需的射頻激勵電平，同時利用混頻器本振激勵電平端口第一放大器的反向隔離特性，對諧波發(fā)生器輸出信號產(chǎn)生很強的抑制。
[0016](3)本發(fā)明的輸出頻率可調(diào)，可以通過以下幾種方式進(jìn)行改變:改變所述晶體振蕩器的振蕩輸出信號頻率；改變第二濾波器的頻率，濾出晶體振蕩信號的不同諧波；改變所述數(shù)字鑒相器的分頻比，輸出頻率的范圍更寬。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是傳統(tǒng)的單環(huán)數(shù)字鎖相頻率源電路框圖；
[0018]圖2是傳統(tǒng)的單環(huán)取樣鎖相頻率源電路框圖；
[0019]圖3是本發(fā)明提出的頻率源電路框圖；
[0020]圖4是本發(fā)明中使用的諧波發(fā)生器電路框圖；
[0021]圖5是本發(fā)明設(shè)計思路的頻率源電路框圖。

【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的基本思路為:本發(fā)明一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，通過在傳統(tǒng)的單環(huán)數(shù)字鎖相電路中加入諧波發(fā)生器、混頻器、放大器和濾波器，很好的提高了頻率源電路的雜散指標(biāo)和相位噪聲指標(biāo)。
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0024]附圖3給出了本發(fā)明一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，包括晶體振蕩器、數(shù)字鑒相器、第一濾波器、第二濾波器、環(huán)路濾波器、第一放大器、第二放大器、諧波發(fā)生器、壓控振蕩器、混頻器；晶體振蕩器通過振蕩產(chǎn)生輸出兩路頻率相同、幅度相等的信號，將兩路頻率相同、幅度相等的晶體振蕩信號分別送至數(shù)字鑒相器和諧波發(fā)生器，諧波發(fā)生器將送來的晶體振蕩信號進(jìn)行諧波發(fā)生后產(chǎn)生晶體振蕩信號的相應(yīng)諧波送至第二濾波器，第二濾波器將送來的晶體振蕩信號的相應(yīng)諧波進(jìn)行帶通濾波，濾波后得到一個晶體振蕩信號的諧波送至混頻器；
[0025]數(shù)字鑒相器將晶體振蕩器送來的晶體振蕩信號和第二放大器送來的頻率差信號進(jìn)行鑒相，當(dāng)數(shù)字鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、第一放大器、混頻器、第一濾波器和第二放大器組成的環(huán)路達(dá)到鎖定后，將鎖定的電壓送給環(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器將送來的鎖定的電壓進(jìn)行積分濾波后產(chǎn)生積分濾波后的鎖定電壓送至壓控振蕩器，壓控振蕩器在積分濾波后的鎖定電壓控制下，振蕩產(chǎn)生兩路頻率相同、幅度相等的鎖定信號一路作為諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出，另一路送至第一放大器，將鎖定信號功率放大至混頻器所需的本振激勵電平后，作為混頻器所需的本振激勵電平的鎖定信號送至混頻器，混頻器將第一放大器送來的鎖定信號和第二濾波器送來的一個晶體振蕩信號諧波進(jìn)行下變頻混頻，再經(jīng)過第一濾波器進(jìn)行低通濾波，輸出鎖定信號和一個晶體振蕩信號諧波的頻率差信號，送至第二放大器。
[0026]本發(fā)明的輸出頻率可以通過以下幾種方式進(jìn)行改變:
[0027](I)改變所述晶體振蕩器的振蕩輸出信號頻率；
[0028](2)改變第二濾波器的頻率，濾出晶體振蕩信號的不同諧波；
[0029](3)改變所述數(shù)字鑒相器的分頻比。
[0030]本發(fā)明所產(chǎn)生的頻率源信號的各項指標(biāo)如:溫度穩(wěn)定度、頻率穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度等主要依賴于晶體振蕩器的這些指標(biāo)。
[0031]本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的單環(huán)取樣鎖相電路其調(diào)試難度低、實現(xiàn)頻率精度高。所有的電路經(jīng)過合理的布局設(shè)計，可以為星載接收機、發(fā)射機提供本振頻率源信號。
[0032]附圖4給出了諧波發(fā)生電路的原理框圖，將晶體振蕩器送來的晶體振蕩信號進(jìn)入第一電容Cl的I腳，Cl的2腳輸出后分為三路，分別進(jìn)入電阻R的I腳，第二電容C2的I腳，第一電感LI的I腳。電阻R將自己I腳送來的信號通過2腳傳輸?shù)降?，第二電容C2也將自己I腳送來的信號通過2腳傳輸?shù)降亍５谝浑姼蠰I將自己I腳送來的信號通過2腳傳輸給后端二極管D的I腳和第三電容C3的I腳，二極管D將自己I腳送來的信號通過2腳傳輸?shù)降亍５谌娙軨3將自己I腳送來的信號通過2腳一路傳輸給第二電感L2的I腳，一路作為輸入給根據(jù)權(quán)利要求1所述第二濾波器，第二電感L2將自己I腳送來的信號通過2腳傳輸?shù)降亍?br> [0033]附圖4給出的諧波發(fā)生器電路，電路形式簡單，可直接產(chǎn)生本發(fā)明頻率源電路所輸出頻率最近的低噪聲晶體振蕩器信號的諧波信號，使混頻器產(chǎn)生的差頻信號頻率最小。諧波發(fā)生器電路中的R可調(diào)整諧波發(fā)生器電路的穩(wěn)定性，調(diào)整C3、L2使諧波發(fā)生器電路產(chǎn)生的所需的晶體振蕩器諧波信號輸出功率最大。
[0034]附圖5提供了一個星用2.66GHz頻率源設(shè)計實例。
[0035]其中將圖3中的環(huán)路濾波器用LPF代替，壓控振蕩器用VCO代替，第一放大器和第二放大器用O代替，第一濾波器用呈代替，第二濾波器用國代替，晶體振蕩器用Θ代替?；祛l器用0代替。
[0036]具體電路實現(xiàn)的指標(biāo)如下:
[0037]壓控振蕩器VCO最終的輸出頻率:2.66GHz
[0038]晶體振蕩器自身振蕩產(chǎn)生的頻率:10MHz
[0039]2.66GHz 輸出功率:6dBm
[0040]2.66GHz 對 10MHz 雜散抑制:_60dBc
[0041]2.66GHz 相位噪聲要求:-100dBc/Hz@lkHz
[0042]-110dBc/Hzil0kHz
[0043]-120dBc/Hzil00kHz
[0044]本發(fā)明在實際應(yīng)用中，晶體振蕩器通過振蕩產(chǎn)生輸出10MHz的兩路頻率相同、幅度相等的信號，將兩路頻率相同、幅度相等的10MHz晶體振蕩信號分別送至數(shù)字鑒相器和諧波發(fā)生器，諧波發(fā)生器將送來的晶體振蕩信號進(jìn)行諧波發(fā)生后產(chǎn)生晶體振蕩信號的相應(yīng)諧波送至第二濾波器國,第二濾波器國將送來的晶體振蕩信號的相應(yīng)諧波進(jìn)行帶通濾波，濾波后得到一個晶體振蕩信號的諧波2.6GHz送至混頻器(g)；
[0045]數(shù)字鑒相器將晶體振蕩器送來的10MHz晶體振蕩信號和第二放大器送來的60MHz頻率差信號進(jìn)行鑒相，當(dāng)數(shù)字鑒相器、環(huán)路濾波器LPF、壓控振蕩器VC0、第一放大器
O、混頻器0第一濾波器國和第二放大器>組成的環(huán)路達(dá)到鎖定后，將鎖定的電壓送給環(huán)路濾波器LPF，環(huán)路濾波器LPF將送來的鎖定的電壓進(jìn)行積分濾波后產(chǎn)生積分濾波后的鎖定電壓送至壓控振蕩器VC0，壓控振蕩器VCO在積分濾波后的鎖定電壓控制下，振蕩產(chǎn)生兩路頻率相同、幅度相等的2.66GHz鎖定信號，一路作為諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出，另一路送至第一放大器 >，將鎖定信號功率放大至混頻器所需的本振激勵電平后，作為混頻器所需的本振激勵電平的2.66GHz鎖定信號送至混頻器0混頻器0將第一放大器>送來的2.66GHz鎖定信號和第二濾波器送來的一個晶體振蕩信號諧波2.6GHz進(jìn)行下變頻混頻，再經(jīng)過第一濾波器國進(jìn)行低通濾波，輸出鎖定信號和一個晶體振蕩信號諧波的頻率差信號60MHz，送至第二放大器>。
[0046]表I給出了本發(fā)明實驗測試結(jié)果和指標(biāo)要求的比較
[0047]表2給出了本發(fā)明實驗數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)單環(huán)頻率源實驗數(shù)據(jù)的比較
[0048]表I本發(fā)明實驗測試結(jié)果和指標(biāo)要求比較
[0049]
測試結(jié)果指標(biāo)要求壓控振蕩器VCO最終的輸出頻率2.66GHz2.66GHz
2.66GHz 輸出功率8.2dBm6dBm
~2.66GHz 對 1QMHz 雜散抑制-65.3dBc-6 OdBc

-106dBc/HzS)lkHz-lOOdBc/HzilkHz
2.66GHz 相位嗓聲要求-115.5dBc/Hzffil0kHz-UOdBc/HzSlOkHz

-122.7dBc/Hza10kHz-120dBc/Hz祖OOkHz
[0050]表2本發(fā)明實驗數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)單環(huán)頻率源電路性能指標(biāo)比較
[0051]
本發(fā)明測試指標(biāo)傳統(tǒng)單環(huán)測試指標(biāo)壓控振蕩器VCO最終的輸出頻率 2.66GHz2.66GHz
2.66GHz 輸出功率 8.2dBm8.2dBm
^2.66GHz 對 10MHz 雜散抑制 -65.3dBc-45.1dBc

-106dBc/HzaikHz-85dBc/Hz?lkHz
2.66GHz 相位噪聲要求 -Π 5.5dBc/Hz?1 OkHz-94.2dBc/Hzll OkHz


-122.7dBc/I!zSllOOkHz-101.8dBc/HzllOOkHz
[0052]實驗數(shù)據(jù)表明，與傳統(tǒng)的星載單環(huán)頻率源相比，本方案實現(xiàn)頻點的相位噪聲在環(huán)路帶寬以內(nèi)均比星載單環(huán)頻率源降低約21dBc/Hz。諧雜波抑制相比于星載單環(huán)頻率源提高了 20.2dBc。
[0053]本發(fā)明實例中，所用到的部件均采用功能模塊。首先采用溫補晶體振蕩器產(chǎn)生具有高頻率穩(wěn)定度、溫度穩(wěn)定度的10MHz晶體振蕩信號，解決了高低溫下頻率漂移的現(xiàn)象；其次采用了簡單的諧波發(fā)生電路產(chǎn)生諧波信號，電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試難度低、功耗相比于傳統(tǒng)倍頻器低、可靠性高。所有的電路經(jīng)過合理的布局設(shè)計，可以為星載接收機、發(fā)射機提供本振頻率源信號。本發(fā)明調(diào)試難度低，安全性高，可以很好的應(yīng)用在星載通信系統(tǒng)中。
[0054]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，其特征在于:包括晶體振蕩器、數(shù)字鑒相器、第一濾波器、第二濾波器、環(huán)路濾波器、第一放大器、第二放大器、諧波發(fā)生器、壓控振蕩器、混頻器；晶體振蕩器通過振蕩產(chǎn)生輸出兩路頻率相同、幅度相等的晶體振蕩信號，將兩路頻率相同、幅度相等的晶體振蕩信號分別送至數(shù)字鑒相器和諧波發(fā)生器，諧波發(fā)生器將送來的晶體振蕩信號進(jìn)行諧波發(fā)生后產(chǎn)生晶體振蕩信號的相應(yīng)諧波送至第二濾波器，第二濾波器將送來的晶體振蕩信號的相應(yīng)諧波進(jìn)行帶通濾波，濾波后得到一個晶體振蕩信號的諧波送至混頻器； 數(shù)字鑒相器將晶體振蕩器送來的晶體振蕩信號和第二放大器送來的頻率差信號進(jìn)行鑒相，當(dāng)數(shù)字鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、第一放大器、混頻器、第一濾波器和第二放大器組成的環(huán)路達(dá)到鎖定后，將鎖定的電壓送給環(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器將送來的鎖定的電壓進(jìn)行積分濾波后產(chǎn)生積分濾波后的鎖定電壓送至壓控振蕩器，壓控振蕩器在積分濾波后的鎖定電壓控制下，振蕩產(chǎn)生兩路頻率相同、幅度相等的鎖定信號一路作為諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出，另一路送至第一放大器，將鎖定信號功率放大至混頻器所需的本振激勵電平后，作為混頻器所需的本振激勵電平的鎖定信號送至混頻器，混頻器將第一放大器送來的鎖定信號和第二濾波器送來的一個晶體振蕩信號諧波進(jìn)行下變頻混頻，再經(jīng)過第一濾波器進(jìn)行低通濾波，輸出鎖定信號和一個晶體振蕩信號諧波的頻率差信號，送至第二放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，其特征在于所述晶體振蕩器通過振蕩產(chǎn)生輸出兩路頻率相同、幅度相等的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，其特征在于:通過改變所述晶體振蕩器的振蕩輸出信號頻率，能夠改變諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，其特征在于:通過改變所述第二濾波器的頻率，濾出晶體振蕩信號的不同諧波，能夠改變諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，其特征在于:通過改變所述數(shù)字鑒相器的分頻比，能夠改變諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路的輸出頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，其特征在于:所述諧波發(fā)生器包括第一電容Cl、電阻R、第二電容C2、第一電感L1、二極管D、第三電容C3、第二電感L2,晶體振蕩器送來的晶體振蕩信號進(jìn)入第一電容Cl的一端,第一電容Cl的另一端輸出三路，一路連接電阻R的一端，另一路連接第二電容C2的一端，再一路連接第一電感LI的一端，電阻R的另一端傳接地，第二電容C2的另一端接地，第一電感LI的另一端一方面連接二極管D的正極，另一方面連接第三電容C3的一端，二極管D的負(fù)極接地，第三電容C3的另一端一路傳輸給第二電感L2的一端,一路作為輸入給第二濾波器,第二電感L2的另一端接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種諧波發(fā)生加混頻的頻率源電路，其特征在于:所述諧波發(fā)生器的二極管D為階躍二極管。
【文檔編號】H03L7/099GK104135280SQ201410299021
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】張波, 陳燕, 楊超越, 李正綱, 蘇云 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所