本申請屬于射頻微波時頻控制領(lǐng)域，特別涉及一種寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、頻率源是現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)的核心部件，能夠為雷達、通信、電子對抗、微波測量儀器等系統(tǒng)提供高質(zhì)量的時鐘、本振或者激勵信號。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)應(yīng)用要求的提高，頻率合成技術(shù)不斷向著低相噪、低雜散、捷變頻、小步進、小體積、寬頻帶、低成本的方向發(fā)展。

2、相位噪聲是頻率源的關(guān)鍵指標，對接收機靈敏度、通信誤碼率、雷達探測能力等具有決定性影響。實現(xiàn)低相噪、小步進、寬頻帶的頻率合成，可以采用直接式合成、小數(shù)分頻鎖相環(huán)、混合式頻率合成等技術(shù)路線。直接式合成采用分頻、倍頻、混頻器件產(chǎn)生不同的頻率組合，具有附加相位噪聲低、切換速度快的優(yōu)點，但在實現(xiàn)小步進、寬頻帶輸出時體積龐大、電路復(fù)雜、成本高昂。小數(shù)分頻鎖相環(huán)具有輸出頻帶寬、頻率分辨率高的優(yōu)點，但是不可避免的鑒相泄露和整數(shù)邊界雜散影響了頻譜純度，且難以被環(huán)路濾波器完全抑制的δ-σ噪聲會進一步影響頻率源的相位噪聲性能?；旌鲜筋l率合成技術(shù)將直接式合成(ds)、鎖相環(huán)(pll)、直接數(shù)字式合成(dds)等技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)揮不同合成技術(shù)的優(yōu)點，在實現(xiàn)低相噪、小步進、寬頻帶的頻率源的同時，盡量兼顧捷變頻、小體積、低成本等其他需求。

3、混合式頻率合成技術(shù)包括dds結(jié)合pll、多環(huán)混頻鎖相等不同方式。例如，現(xiàn)有的一種低相噪寬帶鎖相源，利用環(huán)內(nèi)混頻架構(gòu)，將vco輸出下變頻后再與dds精細步進參考一同鑒相，降低了環(huán)路的分頻比。但是，其下變頻頻標是借助另一個鎖相環(huán)產(chǎn)生的，其附加相噪仍然被混頻器引入到了主環(huán)之中。還公開了一種ku波段鎖相源，采用梳狀譜產(chǎn)生本振與pll環(huán)外混頻的方式，將鎖相環(huán)產(chǎn)生的中頻信號上變頻至ku波段，其梳狀譜本振的附加相位噪聲較低，改善了合成信號的相噪，但是其輸出頻率受制于開關(guān)濾波器陣列對梳狀譜的選取，難以實現(xiàn)小步進、超寬帶的輸出。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的是提供了一種寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的輸出頻率受制于開關(guān)濾波器陣列對梳狀譜的選取，難以實現(xiàn)小步進、超寬帶的輸出的問題。

2、本申請的技術(shù)方案是：一種寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，包括參考頻率產(chǎn)生電路、混頻鎖相源電路和輔助鎖定電路；所述參考頻率產(chǎn)生電路利用dds結(jié)合分頻鎖相環(huán)產(chǎn)生具有精細頻率步進的參考信號；所述參考頻率產(chǎn)生電路的輸出端與混頻鎖相源電路的參考輸入端連接；所述混頻鎖相電路利用兩次混頻的方式獲取低倍頻比的反饋信號，將反饋信號與參考信號進行鑒相，調(diào)諧寬帶vco，得到目標信號；所述輔助鎖定電路通過模擬開關(guān)嵌入在混頻鎖相源電路中，能夠產(chǎn)生輔助環(huán)路電壓，預(yù)先調(diào)諧寬帶vco。

3、優(yōu)選地，所述參考頻率產(chǎn)生電路包括第一梳狀譜發(fā)生器、直接數(shù)字式頻率合成器、第一混頻器、第二混頻器、第一鑒相器和窄帶vco；所述第一梳狀譜發(fā)生器的輸出端設(shè)有功分器，能夠?qū)⒌谝皇釥钭V發(fā)生器提供的參考信號分成三路至直接數(shù)字式頻率合成器、第一鑒相器和第一混頻器，所述直接數(shù)字式頻率合成器能夠?qū)⒖夹盘柡铣蔀榫哂芯氼l率步進的窄帶信號，所述第一混頻器將直接數(shù)字式頻率合成器的信號與功分后的參考信號進行混頻，輸入至第一鑒相器；所述第二混頻器的中頻輸出端與第一鑒相器相連、本振輸入端能夠接收功分后的參考信號、射頻輸入端與窄帶vco的輸出端相連；所述第一鑒相器能夠接收第二混頻器和第一混頻器的輸出信號進行鑒相，調(diào)諧窄帶vco；所述窄帶vco產(chǎn)生精細步進的參考信號。

4、優(yōu)選地，所述混頻鎖相源電路包括分頻濾波電路、兩次混頻電路和鎖相源電路；所述分頻濾波電路的輸入端接收精細步進的參考信號，通過分頻和濾波后發(fā)送至兩次混頻電路、鎖相源電路和輔助鎖定電路；所述兩次混頻電路與鎖相源電路首尾相接；所述兩次混頻電路能夠?qū)㈡i相源電路的輸出信號和分頻濾波電路的輸出信號進行兩次混頻，并輸入至鎖相源電路內(nèi)；所述鎖相源電路能夠?qū)纱位祛l電路輸出的信號和分頻濾波電路的輸出信號進行鑒相和調(diào)諧；所述輔助鎖定電路嵌入于鎖相源電路內(nèi)。

5、優(yōu)選地，所述分頻濾波電路包括多路分頻器和開關(guān)濾波器；所述多路分頻器的輸入端與參考頻率產(chǎn)生電路的輸出端相連、輸出端與開關(guān)濾波器和鎖相源電路相連；所述開關(guān)的輸出端與兩次混頻電路相連。

6、優(yōu)選地，所述兩次混頻電路包括第三混頻器、第四混頻器、第一單刀雙擲開關(guān)、第二單刀雙擲開關(guān)和第二梳狀譜發(fā)生器；所述第二梳狀譜發(fā)生器的輸入端與分頻濾波電路的輸出端相連、輸出端與第三混頻器相連；所述第三混頻器的輸入端與鎖相源電路和第二梳狀譜發(fā)生器的輸出端相連、輸出端與第一單刀雙擲開關(guān)相連；所述第四混頻器的輸入端與第一單刀雙擲開關(guān)相連和分頻濾波電路的輸出端相連；所述第一單刀雙擲開關(guān)能夠?qū)⒌谌祛l器的輸出信號發(fā)送至第四混頻器或第二單刀雙擲開關(guān)；所述第二雙擲開關(guān)能夠?qū)⒌谒幕祛l器或第一單刀雙擲開關(guān)的信號發(fā)送至鎖相源電路。

7、優(yōu)選地，所述鎖相源電路包括第二鑒相器、第三單刀雙擲開關(guān)、寬帶vco和單路分頻器；所述第二鑒相器的輸入端與兩次混頻電路和分頻濾波電路的輸出端相連、輸出端與第三單刀雙擲開關(guān)相連；所述第三單刀雙擲開關(guān)能夠?qū)⑤o助鎖定電路或第二鑒相器的輸出信號輸出至寬帶vco，所述寬帶vco串聯(lián)連接于第三單刀雙擲開關(guān)和單路分頻器之間；所述單路分頻器將寬帶vco的輸出信號進行分頻，發(fā)送至兩次混頻電路和輔助鎖定電路的輸入端，并實現(xiàn)最終信號輸出。

8、優(yōu)選地，所述輔助鎖定電路包括第三鑒相器和延時保持電路；所述第三鑒相器能夠接收單路分頻器的輸出信號和分頻濾波電路的輸出信號，進行鑒相后發(fā)送至延時保持電路，所述延時保持電路的輸出端與第三單刀雙擲開關(guān)相連。

9、本申請的寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，通過設(shè)置參考頻率產(chǎn)生電路產(chǎn)生鎖相環(huán)各自所需的參考頻率，由混頻鎖相源電路產(chǎn)生最終合成的低相噪寬帶信號，兩者相互遞進產(chǎn)生所需頻率的準確合成，實現(xiàn)小步進、超寬帶的輸出要求。

10、采用dds實現(xiàn)小步進跳頻，相比使用小數(shù)分頻鎖相環(huán)的方案，具有更快的頻率切變速度，且相位噪聲免受小數(shù)分頻的δ-∑噪聲影響。所產(chǎn)生的dds信號，沒有直接用作參考頻率，而是挑選了其中雜散、鏡像成分最少的一段，和第一梳狀譜發(fā)生器產(chǎn)生的flo1進行上變頻，搬移到更高的頻率輸入到第一鑒相器之中。在以第一鑒相器和窄帶vco構(gòu)成的鎖相環(huán)路中，采用環(huán)內(nèi)混頻技術(shù)將合成的參考頻率fx下變頻至基帶，使得(fx-flo2)×n＝fdds+flo1。相比使用fdds×n＝fx的鎖相方式，本發(fā)明采用的鎖相方式提高了fx的頻率分辨率，在后級的低相噪環(huán)內(nèi)混頻鎖相源電路合成超寬帶信號時，能夠保證跳頻步進足夠精細。

技術(shù)特征：

1.一種寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，其特征在于：包括參考頻率產(chǎn)生電路、混頻鎖相源電路和輔助鎖定電路；所述參考頻率產(chǎn)生電路利用dds結(jié)合分頻鎖相環(huán)產(chǎn)生具有精細頻率步進的參考信號；所述參考頻率產(chǎn)生電路的輸出端與混頻鎖相源電路的參考輸入端連接；所述混頻鎖相電路利用兩次混頻的方式獲取低倍頻比的反饋信號，將反饋信號與參考信號進行鑒相，調(diào)諧寬帶vco(15)，得到目標信號；所述輔助鎖定電路通過模擬開關(guān)嵌入在混頻鎖相源電路中，能夠產(chǎn)生輔助環(huán)路電壓，預(yù)先調(diào)諧寬帶vco(15)。

2.如權(quán)利要求1所述的寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，其特征在于：所述參考頻率產(chǎn)生電路包括第一梳狀譜發(fā)生器(1)、直接數(shù)字式頻率合成器(2)、第一混頻器(3)、第二混頻器(4)、第一鑒相器(5)和窄帶vco(6)；所述第一梳狀譜發(fā)生器(1)的輸出端設(shè)有功分器(7)，能夠?qū)⒌谝皇釥钭V發(fā)生器(1)提供的參考信號分成三路至直接數(shù)字式頻率合成器(2)、第一鑒相器(5)和第一混頻器(3)，所述直接數(shù)字式頻率合成器(2)能夠?qū)⒖夹盘柡铣蔀榫哂芯氼l率步進的窄帶信號，所述第一混頻器(3)將直接數(shù)字式頻率合成器(2)的信號與功分后的參考信號進行混頻，輸入至第一鑒相器(5)；所述第二混頻器(4)的中頻輸出端與第一鑒相器(5)相連、本振輸入端能夠接收功分后的參考信號、射頻輸入端與窄帶vco(6)的輸出端相連；所述第一鑒相器(5)能夠接收第二混頻器(4)和第一混頻器(3)的輸出信號進行鑒相，調(diào)諧窄帶vco(6)；所述窄帶vco(6)產(chǎn)生精細步進的參考信號。

3.如權(quán)利要求1所述的寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，其特征在于：所述混頻鎖相源電路包括分頻濾波電路、兩次混頻電路和鎖相源電路；所述分頻濾波電路的輸入端接收精細步進的參考信號，通過分頻和濾波后發(fā)送至兩次混頻電路、鎖相源電路和輔助鎖定電路；所述兩次混頻電路與鎖相源電路首尾相接；所述兩次混頻電路能夠?qū)㈡i相源電路的輸出信號和分頻濾波電路的輸出信號進行兩次混頻，并輸入至鎖相源電路內(nèi)；所述鎖相源電路能夠?qū)纱位祛l電路輸出的信號和分頻濾波電路的輸出信號進行鑒相和調(diào)諧；所述輔助鎖定電路嵌入于鎖相源電路內(nèi)。

4.如權(quán)利要求3所述的寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，其特征在于：所述分頻濾波電路包括多路分頻器和開關(guān)濾波器；所述多路分頻器的輸入端與參考頻率產(chǎn)生電路的輸出端相連、輸出端與開關(guān)濾波器和鎖相源電路相連；所述開關(guān)的輸出端與兩次混頻電路相連。

5.如權(quán)利要求3所述的寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，其特征在于：所述兩次混頻電路包括第三混頻器(8)、第四混頻器(9)、第一單刀雙擲開關(guān)(10)、第二單刀雙擲開關(guān)(11)和第二梳狀譜發(fā)生器(12)；所述第二梳狀譜發(fā)生器(12)的輸入端與分頻濾波電路的輸出端相連、輸出端與第三混頻器(8)相連；所述第三混頻器(8)的輸入端與鎖相源電路和第二梳狀譜發(fā)生器(12)的輸出端相連、輸出端與第一單刀雙擲開關(guān)(10)相連；所述第四混頻器(9)的輸入端與第一單刀雙擲開關(guān)(10)相連和分頻濾波電路的輸出端相連；所述第一單刀雙擲開關(guān)(10)能夠?qū)⒌谌祛l器(8)的輸出信號發(fā)送至第四混頻器(9)或第二單刀雙擲開關(guān)(11)；所述第二雙擲開關(guān)能夠?qū)⒌谒幕祛l器(9)或第一單刀雙擲開關(guān)(10)的信號發(fā)送至鎖相源電路。

6.如權(quán)利要求3所述的寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，其特征在于：所述鎖相源電路包括第二鑒相器(13)、第三單刀雙擲開關(guān)(14)、寬帶vco(15)和單路分頻器(16)；所述第二鑒相器(13)的輸入端與兩次混頻電路和分頻濾波電路的輸出端相連、輸出端與第三單刀雙擲開關(guān)(14)相連；所述第三單刀雙擲開關(guān)(14)能夠?qū)⑤o助鎖定電路或第二鑒相器(13)的輸出信號輸出至寬帶vco(15)，所述寬帶vco(15)串聯(lián)連接于第三單刀雙擲開關(guān)(14)和單路分頻器(16)之間；所述單路分頻器(16)將寬帶vco(15)的輸出信號進行分頻，發(fā)送至兩次混頻電路和輔助鎖定電路的輸入端，并實現(xiàn)最終信號輸出。

7.如權(quán)利要求6所述的寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，其特征在于：所述輔助鎖定電路包括第三鑒相器(17)和延時保持電路(18)；所述第三鑒相器(17)能夠接收單路分頻器(16)的輸出信號和分頻濾波電路的輸出信號，進行鑒相后發(fā)送至延時保持電路(18)，所述延時保持電路(18)的輸出端與第三單刀雙擲開關(guān)(14)相連。

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于射頻微波時頻控制領(lǐng)域，為一種寬帶低相噪小步進頻率合成系統(tǒng)，包括參考頻率產(chǎn)生電路、混頻鎖相源電路和輔助鎖定電路；參考頻率產(chǎn)生電路利用DDS結(jié)合分頻鎖相環(huán)產(chǎn)生具有精細頻率步進的參考信號；參考頻率產(chǎn)生電路的輸出端與混頻鎖相源電路的參考輸入端連接；混頻鎖相電路利用兩次混頻的方式獲取低倍頻比的反饋信號，將反饋信號與參考信號進行鑒相，得到目標信號；輔助鎖定電路通過模擬開關(guān)嵌入在混頻鎖相源電路中。通過設(shè)置參考頻率產(chǎn)生電路產(chǎn)生鎖相環(huán)各自所需的參考頻率，由混頻鎖相源電路產(chǎn)生最終合成的低相噪寬帶信號，兩者相互遞進產(chǎn)生所需頻率的準確合成，實現(xiàn)小步進、超寬帶的輸出要求。

技術(shù)研發(fā)人員：張權(quán),王海波,華克釗
受保護的技術(shù)使用者：中國航空工業(yè)集團公司雷華電子技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6