一种X波段超低相位噪声频率源的设计方法及雷达频率源技术

本发明专利技术提供一种X波段超低相位噪声频率源的设计方法及雷达频率源，该方法包括选择晶体振荡器作为参考源的步骤；计算X波段的目标频率源的频率是晶体振荡器特征频率的m.5×2n倍的步骤，式中m、n为正整数；设计m.5倍的倍频器的步骤对m.5倍的倍频信号再进行n级倍频，形成目标频率源的步骤。该雷达频率源公开了一种10.4G的雷达频率源。通过本发明专利技术的方法设计的雷达频率源实现了极低的相位噪声，同时体积和重量很小，对于军用装备的小型化和轻型化具有重要的意义。

Design of a X band ultra low phase noise frequency source and radar frequency source

The invention provides a design method and a radar frequency source of an X-band ultra-low phase noise frequency source, which includes the steps of selecting a crystal oscillator as a reference source, calculating the frequency of the X-band target frequency source as m.5 x 2n times the characteristic frequency of the crystal oscillator, in which m and N are positive integers, and designing a m.5 times frequency multiplier. The steps of the N frequency doubling of the m.5 times doubling signal are the steps to form the target frequency source. The radar frequency source discloses a 10.4G radar frequency source. The radar frequency source designed by the method of the invention achieves extremely low phase noise, and has small volume and weight, which is of great significance for the miniaturization and lightening of military equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种X波段超低相位噪声频率源的设计方法及雷达频率源
本专利技术涉及雷达频率源领域，特别涉及一种X波段超低相位噪声频率源的设计方法及雷达频率源。
技术介绍
微波频率源又称为微波频率综合器，是雷达、通信、电子对抗、微波测量仪器等电子系统的核心部件，其性能优劣直接影响到整个电子系统的总体性能。高性能雷达系统往往要求频率源具有宽频带、低相位噪声、高分辨率等性能指标。目前是德科技和罗德施瓦茨等大公司的频率源部件和产品代表了该领域的世界最高水平，例如是德科技的信号源产品在输出3～10GHz频率范围内，频率分辨率能达到1MHz，相位噪声指标达到-114dBc/Hz@10KHz；罗德施瓦茨SMW200A信号源产品，载波在10GHz、20GHz、40GHz情况下相位噪声指标分别达到-108dBc/Hz、-114dBc/Hz、-120dBc/Hz@10KHz。频率源有自激振荡源和合成频率源两种实现方式，微波波段频率源由于频率较高且要求很高的频率稳定度，无法采用直接振荡形式生成，因此必须采用频率合成方式实现。频率合成技术包含直接模拟频率合成、间接频率合成(即锁相环频率合成技术)以及直接数字频率合成三种主要方式，目前通信和雷达系统中使用的频率综合器均采用这三种频率合成方式或者其组合和衍生方式。直接频率合成技术是将一个或多个基准频率通过倍频、分频、混频等电路措施，完成对信号频率的加、减、乘、除运算，再由窄带滤波器选出所需的频率，最后经放大器放大输出。直接频率合成技术具有频率转换速度快，相位噪声低的优点，但是由于此结构中采用了大量的模拟器件，也造成其输出杂散分量多、结构复杂、可靠性差的缺点。锁相频率源(PLL)具有频率稳定度高，寄生杂波小，频谱纯，相位噪声低等优点，一般锁相环频率源相位噪声可以满足大多数条件下的使用。由于半导体制造工艺和材料限制，目前最高端的锁相环芯片其100MHz鉴相相位噪声基底普遍在-146dBc～-153dBc@10KHz，采用这样的锁相芯片实现X波段信号其相位噪声约为-106dBc～-113dBc@10KHz，对于需要极低的相位噪声的大动态、高选择性的雷达系统来说，相位噪声距离技术指标要求仍有一定差距。直接数字频率合成(DDS)技术采用数字处理与频率合成技术相结合方式，以高速参考源作为时钟读取正弦函数表幅值然后经过数模转换并滤波，得到参考时钟的某个分频频率，控制分频比即可输出到不同的信号频率。其主要优点是相位噪声低、分辨率小、频率转换速度快。目前，微波频率源分别具有如下不足：仪器类频率源体积、功耗和成本均很大，且对工作环境要求较高，不适用舰载以及航空航天环境中使用；直接合成方式的频率源体积、功耗均较大，且相位噪声随倍频次数恶化导致远端相位噪声过大；锁相环合成方式目前业界X波段信号源最低的相位噪声水平为-113dBc@10KHz，无法达到更高的相位噪声要求；直接合成方式相位噪声恶化速度为20lgN，锁相环远端相位噪声取决于VCO，两者在1MHz偏移处的相位噪声均在-130dBc水平，不满足远端-140dBc的相位噪声技术要求。
技术实现思路
本专利技术针对目前微波频率源的上述不足，公开一种X波段超低相位噪声频率源的设计方法及雷达频率源，利用这种方法设计出来的是一款小型化低功耗的频率源，输出频率为10.4GHz，幅度13dBm，相位噪声达到-120dBc@1KHz、-125dBc@10KHz、-134dBc@100KHz、-144dBc@1MHz、-146dBc@10MHz。相位噪声逼近20lgN规律，远端则优于20lgN规律，整体性能优于当前业界最高水平。本专利技术实现其技术目的技术方案是：一种X波段超低相位噪声频率源的设计方法，包括以下步骤：步骤1、选择晶体振荡器作为参考源，选择一款高品质恒温晶体振荡器；步骤2、计算X波段的目标频率源的频率是晶体振荡器特征频率的m.5×2n倍，式中m、n为正整数；步骤3、设计m.5倍的倍频器，对晶体振荡器输出的特征频率信号进行放大，提取m+1阶谐波，同时对晶体振荡器输出进行分频，并将m+1阶谐波和分频混频，然后进行带通滤波形成m.5倍的倍频信号；步骤4、对m.5倍的倍频信号再进行n级倍频，形成目标频率源。通过本专利技术的方法设计的雷达频率源实现了极低的相位噪声，同时体积和重量很小，对于军用装备的小型化和具有重要的意义。进一步的，上述的X波段超低相位噪声频率源的设计方法中：在步骤3中，还包括利用极窄滤波对m.5倍的倍频信号进行滤波实现对远边带相位噪声进行抑制。进一步的，上述的X波段超低相位噪声频率源的设计方法中：在步骤3中，采用鉴相器和声表振荡器形成本频锁相环对m.5倍的倍频信号进行提纯。进一步的，上述的X波段超低相位噪声频率源的设计方法中：选择相位噪声水平可以达到：-130dBc@100Hz、-160dBc@1KHz、-165dBc@10KHz、-170dBc@100KHz、-170dBc@1MHz、-170dBc@10MHz的高品质100MHz恒温晶体振荡器作为参考源。进一步的，上述的X波段超低相位噪声频率源的设计方法中：目标频率源的频率是晶体振荡器特征频率的6.5×24倍。本专利技术还提供一种X波段超低相位噪声雷达频率源，包括参考源和倍频器，所述的参考源为恒温晶体振荡器，所述的倍频器包括m.5倍倍频器和n级倍频器；所述的m.5倍倍频器包括射频放大器、中心频率为m+1倍参考源频率的第一带通滤波器、分频器、混频器和中心频率为m.5倍参考源频率的第二带通滤波器；所述的恒温晶体振荡器的输出分别接射频放大器和分频器的输入端相连，射频放大器的输出端接第一带通滤波器的输入端，第一带能滤波器的输出端接混频器的第一输入端，所述分频器的输出端接混频器的第二输入端，所述的混频器的输出端接第二带通滤波器的输入端；所述的第二带通滤波器输出端接n级倍频器的输入端所述的m、n分别为正整数。进一步的，上述的X波段超低相位噪声雷达频率源中：还包括相噪滤波器，所述的相噪滤波器设置在所述的m.5倍倍频器和n级倍频器之间，为带宽为200KHz的声表滤波器。进一步的，上述的X波段超低相位噪声雷达频率源中：还包括相噪滤波器，所述的相噪滤波器设置在所述的m.5倍倍频器和n级倍频器之间，所述的相噪滤波器包括鉴相器、声表振荡器、耦合器，所述的耦合器耦合一部分声表振荡器的功率与参考进行鉴相，鉴相信号控制振荡器调谐进而达到锁定。进一步的，上述的X波段超低相位噪声雷达频率源中：所述的参考源为相位噪声水平可以达到：-130dBc@100Hz、-160dBc@1KHz、-165dBc@10KHz、-170dBc@100KHz、-170dBc@1MHz、-170dBc@10MHz的高品质100MHz恒温晶体振荡器。进一步的，上述的X波段超低相位噪声雷达频率源中：雷达频率源的频率是晶体振荡器特征频率的6.5×24倍。以下将结合附图和实施例，对本专利技术进行较为详细的说明。附图说明图1为本专利技术实施例1X波段超低相位噪声雷达频率源结构框图。图2为本专利技术实施例16.5倍倍频器的结构框。图3为本专利技术实施例1相位噪声远端滤波设计框图。图4为本专利技术实施例1相位噪声远端滤波效果示意图。图5为本专利技术实施例116倍倍频器的结构框。具体实施方式本实施例是一种针对现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种X波段超低相位噪声频率源的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、选择晶体振荡器作为参考源，选择一款高品质恒温晶体振荡器；步骤2、计算X波段的目标频率源的频率是晶体振荡器特征频率的m.5×2n倍，式中m、n为正整数；步骤3、设计m.5倍的倍频器，对晶体振荡器输出的特征频率信号进行放大，提取m+1阶谐波，同时对晶体振荡器输出进行分频，并将m+1阶谐波和分频混频，然后进行带通滤波形成m.5倍的倍频信号；步骤4、对m.5倍的倍频信号再进行n级倍频，形成目标频率源。

【技术特征摘要】
1.一种X波段超低相位噪声频率源的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、选择晶体振荡器作为参考源，选择一款高品质恒温晶体振荡器；步骤2、计算X波段的目标频率源的频率是晶体振荡器特征频率的m.5×2n倍，式中m、n为正整数；步骤3、设计m.5倍的倍频器，对晶体振荡器输出的特征频率信号进行放大，提取m+1阶谐波，同时对晶体振荡器输出进行分频，并将m+1阶谐波和分频混频，然后进行带通滤波形成m.5倍的倍频信号；步骤4、对m.5倍的倍频信号再进行n级倍频，形成目标频率源。2.根据权利要求1所述的X波段超低相位噪声频率源的设计方法，其特征在于：在步骤3中，还包括利用极窄滤波对m.5倍的倍频信号进行滤波实现对远边带相位噪声进行抑制。3.根据权利要求1所述的X波段超低相位噪声频率源的设计方法，其特征在于：在步骤3中，采用鉴相器和声表振荡器形成本频锁相环对m.5倍的倍频信号进行提纯。4.根据权利要求1或2或3所述的X波段超低相位噪声频率源的设计方法，其特征在于：选择相位噪声水平可以达到：-130dBc@100Hz、-160dBc@1KHz、-165dBc@10KHz、-170dBc@100KHz、-170dBc@1MHz、-170dBc@10MHz的高品质100MHz恒温晶体振荡器作为参考源。5.根据权利要求4所述的X波段超低相位噪声频率源的设计方法，其特征在于：目标频率源的频率是晶体振荡器特征频率的6.5×24倍。6.一种X波段超低相位噪声雷达频率源，包括参考源和倍频器，其特征在于：所述的参考源为恒温晶体振荡器，所述的倍频器包括m.5倍倍频器和...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜景鹏，梁勇金，赵均华，蔡壮华，
申请(专利权)人：广东圣大电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44