一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源，包括晶体振荡器、第一级锁相环部分、分频滤波部分、第二级锁相环部分和可控分频部分；晶体振荡器向第一级锁相环部分提供参考信号；第一级锁相环部分根据晶体振荡器提供的参考信号进行选频；分频滤波部分对第一级锁相环部分选出的频点进行分频，获得第二级锁相环部分的参考信号；第二级锁相环部分根据分频滤波部分提供的参考信号进行捷变频调制、宽带调频，获得宽带调频信号；可控分频部分对宽带调频信号的频率带宽进行扩展，以获得所需频率带宽的输出信号。本发明专利技术实现了低杂散、宽频带、捷变频的设计目标，可以改善杂散指标、缩短系统锁定时间，提高系统的可靠性，有极好的经济效益和应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源
本专利技术涉及频率源设计领域，尤其涉及一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源。
技术介绍
随着现代通信技术的发展，频率源在通信中的作用越来越重要。在通信雷达、无线通信、微波测试设备和频谱监测等系统的射频前端中，都需要使用宽频带、低杂散、低相位噪声的微波频率源来提高系统的抗干扰能力以及通信的保密能力。微波频率源是一个微波系统的心脏，它决定了系统性能的好差。在高精度测距雷达上，微波频率源就决定了雷达距离分辨率等指标。随着信号源、频谱分析仪、矢量网络分析仪等射频微波测试设备的发展，对频率源的各方面指标都提出了越来越高的要求。因此，研究宽频带、低相噪、低杂散的微波频率源具有非常重要的意义。频率源中多用到频率合成技术。随着技术的发展，许多的新技术被融合在一起用到了频率合成器中，其中使用较为广泛的是直接频率合成技术（DDS）和锁相环技术（PLL）。这些技术使得频率源能够产生很多种能够满足各种需求的频率信号，同时也伴随着一些问题，比如杂散。而一般情况下，杂散只能依靠在频率源中选择特定的频率点或者使用滤波器来虑除。所以，在使用这些技术的同时要合理设计方案综合考虑指标满足设计需求。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源，通过第一级和第二级锁相环的配合很好的实现了低杂散、宽频带、捷变频的设计目标，可以改善杂散指标、缩短系统锁定时间，提高系统的可靠性，有极好的经济效益和应用前景。为实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源，该频率源包括晶体振荡器、第一级锁相环部分、分频滤波部分、第二级锁相环部分和可控分频部分；所述晶体振荡器用于向第一级锁相环部分提供参考信号；所述第一级锁相环部分用于根据晶体振荡器提供的参考信号进行选频；所述分频滤波部分用于对第一级锁相环部分选出的频点进行分频，获得第二级锁相环部分的参考信号；所述第二级锁相环部分用于根据分频滤波部分提供的参考信号进行捷变频调制、宽带调频，获得宽带调频信号；所述可控分频部分对宽带调频信号的频率带宽进行扩展，以获得所需频率带宽的输出信号。更进一步的，第一级锁相环部分包括锁相环芯片、三阶无源环路滤波器、窄带压控振荡器和功分器；所述锁相环芯片电荷泵输出后与三阶无源环路滤波器相连，从而将晶体振荡器输入的参考信号转化为平均电压信号输出，所述窄带压控振荡器根据平均电压信号生成所需频点对应的频率信号，所述功分器将窄带压控振荡器生成的频率信号一路送入分频滤波部分，另一路反馈至锁相环芯片。本专利技术选择无源环路滤波器，可以避免环路滤波中有源器件引入噪声导致的相噪恶化更进一步的，晶体振荡器为高稳定度的恒温晶振，输出频率为100MHz，相位噪声达到155dBc/Hz@1kHz。所述晶体振荡器提供的参考信号为100MHz参考信号，所述第一级锁相环部分选频后输出2400MHz或者2500MHz频率信号。更进一步的，分频滤波部分包括分频器、放大器和滤波器，第一级锁相环部分选出的频点经分频器分频、放大器信号放大和滤波器滤波后生成第二级锁相环部分参考信号。更进一步的，分频器为50分频器，通过2分频器和25分频器并联方式实现，所述滤波器为7阶椭圆滤波器，所述第二级锁相环部分参考信号频率为48MHz或者50MHz，所述放大器增益为15dB。更进一步的，第二级锁相环部分包括锁相环芯片、三阶有源环路滤波器、电压预置电路和宽带压控振荡器；所述锁相环芯片电荷泵输出后与三阶有源环路滤波器相连，从而将分频滤波部分输入的参考信号转化为平均电压信号输出；所述电压预置电路将平均电压信号变换为宽带电压信号，所述宽带压控振荡器根据宽带电压信号生成宽带调频信号，所述宽带调频信号一路经二分频器反馈至锁相环芯片，另一路输入可控分频部分。更进一步的，电压预置电路在FPGA芯片控制下将平均电压信号变换为宽带电压信号。更进一步的，宽带压控振荡器采用HMC587LC4B芯片，HMC587LC4B芯片的带宽可达到5-10GHz，相位噪声可达到-95dBc/Hz@100kHz。更进一步的，锁相环芯片采用Hittite的低相位噪声锁相环芯片HMC701LP6C。它具有小数分频的功能，可以实现最小3Hz的分辨率。它还具有优秀的低相位噪声性能，在小数分频输出6GHz，鉴相频率为50MHz的情况下，相位噪声可达到-103dBc/Hz@20kHz（小数模式）-110dBc/Hz@20kHz（整数模式）。在设计中还应用到了它的快速锁定功能，可以大大加快电路的捷变频能力。更进一步的，可控分频部分包括可控分频器，所述可控分频器包括1、2、4、8四种分频形式。有益效果：（1）本专利技术通过第一级和第二级锁相环的配合改善杂散指标、缩短系统锁定时间，提高系统的可靠性，有极好的经济效益和应用前景，特别适用于军用雷达、无线通信和电子侦测及对抗等系统，以及各种射频微波测试仪器的设计。（2）本专利技术第一级锁相环主要进行选频，选择出锁定后性能指标最好的几个频点，然后经过分频作为第二级锁相环的参考信号，给第二级锁相环提供良好的基准。第二级锁相环主要实现宽带功能，其中使用了宽带压控振荡器VCO，并加入了电压预置电路使系统达到宽带调频功能的同时具有捷变频的能力，以实现本频率源宽带捷变频的性能。（3）本专利技术在两级锁相环均采用Hittite的低相位噪声锁相环芯片HMC701LP6C。它具有小数分频的功能，可以实现最小3Hz的分辨率。它还具有优秀的低相位噪声性能，在小数分频输出6GHz，鉴相频率为50MHz的情况下，相位噪声可达到-103dBc/Hz@20kHz（小数模式）-110dBc/Hz@20kHz（整数模式）。在设计中还应用到了它的快速锁定功能，可以大大加快电路的捷变频能力。（4）本专利技术第一级锁相环和第二级锁相环路采用高阶滤波器，在保证相同的鉴相杂散抑制的同时，可以允许更宽的环路带宽和更高的鉴相频率，降低了分频比，从而改善锁相环的带内相位噪声性能。附图说明图1为本专利技术提供的两级锁相环结构图。图2为本专利技术提供的以HMC701LP6C为核心的两级锁相环结构图。图3为第一级锁相环路部分的结构框图。图4为分频滤波部分电路结构框图。图5为本专利技术采用的HMC361S8芯片噪声基底仿真图。图6为本专利技术提供的椭圆滤波器电路图。图7为椭圆滤波器电路S参数仿真曲线。图8为第二级锁相环路部分的结构框图。图9为带有电压预置电路的第二级锁相环路部分结构图。图10为电压预置电路结构图。图11为可控分频部分频带展宽的原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，专利技术提供的一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源，它主要由第一级锁相环部分、分频滤波部分、第二级锁相环部分及最后的可控分频部分。第一级锁相环主要进行选频，选择出锁定后性能指标最好的几个频点，然后经过分频作为第二级锁相环的参考信号，给第二级锁相环提供良好的基准。第二级锁相环主要实现宽带功能，其中使用了宽带压控振荡器VCO，并且加入了电压预置电路使系统达到宽带调频功能的同时具有捷变频的能力。通过第一级和第二级锁相环的配合很好的实现了低杂散、宽频带、捷变频的设计目标。本专利技术综合考虑成本和性能，在两级锁相环均采用Hittite的低相位噪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源，其特征在于：该频率源包括晶体振荡器、第一级锁相环部分、分频滤波部分、第二级锁相环部分和可控分频部分；所述晶体振荡器用于向第一级锁相环部分提供参考信号；所述第一级锁相环部分用于根据晶体振荡器提供的参考信号进行选频；所述分频滤波部分用于对第一级锁相环部分选出的频点进行分频，获得第二级锁相环部分的参考信号；所述第二级锁相环部分用于根据分频滤波部分提供的参考信号进行捷变频调制、宽带调频，获得宽带调频信号；所述可控分频部分对宽带调频信号的频率带宽进行扩展，以获得所需频率带宽的输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于双锁相环的宽带捷变频频率源，其特征在于：该频率源包括晶体振荡器、第一级锁相环部分、分频滤波部分、第二级锁相环部分和可控分频部分；所述晶体振荡器用于向第一级锁相环部分提供参考信号；所述第一级锁相环部分用于根据晶体振荡器提供的参考信号进行选频；所述分频滤波部分用于对第一级锁相环部分选出的频点进行分频，获得第二级锁相环部分的参考信号；所述第二级锁相环部分用于根据分频滤波部分提供的参考信号进行捷变频调制、宽带调频，获得宽带调频信号；所述可控分频部分对宽带调频信号的频率带宽进行扩展，以获得所需频率带宽的输出信号；所述第一级锁相环部分包括锁相环芯片、三阶无源环路滤波器、窄带压控振荡器和功分器；所述锁相环芯片电荷泵输出后与三阶无源环路滤波器相连，从而将晶体振荡器输入的参考信号转化为平均电压信号输出，所述窄带压控振荡器根据平均电压信号生成所需频点对应的频率信号，所述功分器将窄带压控振荡器生成的频率信号一路送入分频滤波部分，另一路反馈至锁相环芯片；所述分频滤波部分包括分频器、放大器和滤波器，第一级锁相环部分选出的频点经分频器分频、放大器信号放大和滤波器滤波后生成第二级锁相环部分参考信号；所述第二级锁相环部分包括锁相环芯片、三阶有源环路滤波器、电压预置电路和宽带压控振荡器；所述锁相环芯片电荷泵输出后...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚兴强，李跃进，
申请(专利权)人：南京熊猫电子股份有限公司，南京熊猫通信科技有限公司，南京熊猫汉达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32