一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置，包括：参考单元、小数环单元、基波环单元和分频倍频通道单元；参考单元输出基准参考信号，一路功分提供给小数环单元、另一路经过4分频后提供给基波环单元；小数环单元接收调谐数据，其输出信号与VCO输出信号进行取样混频，取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号进行鉴相，得到的误差电压通过基波环单元对VCO进行预置，直到取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号相等时，环路进入锁定状态；分频倍频通道单元用于对基波环单元输出的射频信号进行分频处理，实现信号频率范围的扩展。本发明专利技术实现了多环频率合成结构，可实现高分辨率、低噪声、可调谐的信号产生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测试
，特别涉及一种多环频率合成装置，还涉及一种多环频率合成方法。
技术介绍
频率合成器作为信号发生的一个重要组成部分，是信号发生的源泉。频率合成器是实现宽带微波毫米波信号接收变频的基础，直接决定了整机的相位噪声指标，而且对整机的频率读出准确度、剩余调频、杂散以及交调失真、动态范围等多项关键指标也有重要影响。频率合成的方式主要可分为直接频率合成、间接频率合成和混合频率合成。直接频率合成由一个高稳定度、高纯度的参考频率源，通过分频、混频、倍频和滤波，产生所需要的各种输出频率，当直接频率合成应用在宽带微波频率合成器中时，需要通过多次分频、混频、倍频来实现，这样不但增加了体积，而且容易引入杂散。一种常用的方法是采用DDS直接频率合成技术，虽然DDS可以达到很高的频率分辨率，但是由于受ROM和DAC的速度限制，DDS不能直接应用于很高的频率范围，同时由于寻址ROM时采用的相位截断、DAC位数有限原因导致了DDS的杂散抑制性能较差。间接频率合成一般采用锁相环来实现，相比直接频率合成，省去了大量的倍频和混频电路，缩小了体积，并且锁相环对环路中各部件的滤波作用，能有效抑制环路中产生的杂散。间接频率合成常用的方案有两种，一种是分频式锁相频率合成，即采用频率较高的宽带YIG振荡器驱动电路作为锁相环输出振荡器，通过分频将YIG的频率降低至鉴相频率，然后再进行锁相频率合成；另一种是倍频式锁相频率合成，YIG频率相对较低，将此YIG作为锁相环输出振荡器，然后再将锁相环输出信号倍频到更高频段，达到宽带信号输出的目的。这两种方案设计都比较简单，可用较少的电路来实现，但共同的缺点是难以获得理想的相位噪声。分频式锁相频率合成因为在鉴相前对YIG进行了多次分频处理，分频器和鉴相器的噪声通过锁相环倍频传递到YIG输出上，导致输出相位噪声恶化，而倍频式锁相频率合成在锁相环外对YIG输出信号进行倍频，鉴相器的噪声倍频传递到频率合成器输出上，同样会造成输出相位噪声恶化。为了提高频率分辨率，间接频率合成一般采用可编程的频率分频器，但是由于可编程逻辑芯片本身的噪声基底比较高，限制了分频输出信号的相位噪声。无论是直接频率合成还是间接频率合成，在提升信号频率范围、提升频率分辨率和相位噪声等指标时不可能兼顾其它指标不受影响。混合式频率合成也是一种频率合成器，其中DDS和PLL频率合成器混合应用最广泛，基本原理就是利用DDS的输出作为PLL的参考输入，来解决频率分辨率和捷变频之间的矛盾，但是其杂散处理是一个主要问题，处理不好会出现泄露杂散、脉冲杂散、参考杂散等。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术提出一种多环频率合成装置及方法，采用多环频率结构，设计了分频倍频通道单元，分别进行分频、倍频、滤波和分段滤波，扩展了信号频率输出范围。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置，包括：参考单元、小数环单元、基波环单元和分频倍频通道单元；参考单元输出基准参考信号，一路功分提供给小数环单元、另一路经过4分频后提供给基波环单元；小数环单元接收调谐数据，其输出信号与VCO输出信号进行取样混频，取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号进行鉴相，得到的误差电压通过基波环单元对VCO进行预置，直到取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号相等时，环路进入锁定状态；分频倍频通道单元用于对基波环单元输出的射频信号进行分频处理，实现信号频率范围的扩展。可选地，所述参考单元包括：10MHz的恒温晶体振荡器、100MHz压控振荡器、分频、鉴相电路；100MHz的压控振荡器经过10分频后得到10MHz的分频信号，该分频信号与10MHz恒温晶体振荡器输出的参考信号进行鉴相，得到鉴相误差电压，通过误差电压驱动100MHz压控振荡器输出100MHz参考信号；当100MHz压控振荡器输出的10MHz的分频信号与恒温晶体振荡器的参考信号相等时，环路进入锁定状态。可选地，所述小数环单元基于PLL锁相结构，包括：可编程分频器、变频分频、预分频、带通滤波器电路、VCO，其中，变频分频、预分频采用FPGA实现；VCO产生的信号功分为两路，一路通过带通滤波器输出与环路输出信号进行取样；另一路经过小数环单元内部预分频、变频分频处理后与参考单元产生的基准参考信号进行鉴相，锁相环进入快锁模式，然后由锁相环进行快速锁相，最终产生宽带锁相信号。可选地，所述基波环单元包括鉴相器、环路滤波器、集成VCO的微波振荡器、功分器电路；来自小数环单元的本振信号与微波振荡器VCO的输出信号进行取样，取样器输出的中频信号与参考信号进行鉴相，经积分电路驱动VCO实现环路锁定；基波环单元采用预置DAC的方式设置VCO。可选地，所述分频倍频通道单元包括第一级压控衰减器、微波宽带开关、分频倍频器、稳幅电路、增益控制电路和第二级压控衰减器；宽带锁相信号经过第一级压控衰减器后进入微波宽带开关进行选择，分别进行分频和倍频处理，其中第1路通过开关可功分为3路，分别对信号进行4分频、8分频、16分频；第2路对信号进行2分频，第3路对信号进行直通处理，最后一路对信号进行2倍频；最后经过微波宽带开关后合为一路；信号经过多级放大和衰减增益控制后由第二级压控衰减器输出。本专利技术还提出了一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成方法，参考单元输出基准参考信号，一路功分提供给小数环单元、另一路经过4分频后提供给基波环单元；小数环单元接收调谐数据，其输出信号与VCO输出信号进行取样混频，取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号进行鉴相，得到的误差电压通过基波环单元对VCO进行预置，直到取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号相等时，环路进入锁定状态；分频倍频通道单元用于对基波环单元输出的射频信号进行分频处理，实现信号频率范围的扩展。可选地，所述参考单元包括：10MHz的恒温晶体振荡器、100MHz压控振荡器、分频、鉴相电路；100MHz的压控振荡器经过10分频后得到10MHz的分频信号，该分频信号与10MHz恒温晶体振荡器输出的参考信号进行鉴相，得到鉴相误差电压，通过误差电压驱动100MHz压控振荡器输出100MHz参考信号；当100MHz压控振荡器输出的10MHz的分频信号与恒温晶体振荡器的参考信号相等时，环路进入锁定状态。可选地，所述小数环单元基于PLL锁相结构，包括：可编程分频器、变频分频、预分频、带通滤波器电路、VCO，其中，变频分频、预分频采用FPGA实现；VCO产生的信号功分为两路，一路通过带通滤波器输出与环路输出信号进行取样；另一路经过小数环单元内部预分频、变频分频处理后与参考单元产生的基准参考信号进行鉴相，锁相环进入快锁模式，然后由锁相环进行快速锁相，最终产生宽带锁相信号。可选地，所述基波环单元包括鉴相器、环路滤波器、集成VCO的微波振荡器、功分器电路；来自小数环单元的本振信号与微波振荡器VCO的输出信号进行取样，取样器输出的中频信号与参考信号进行鉴相，经积分电路驱动VCO实现环路锁定；基波环单元采用预置DAC的方式设置VCO。可选地，所述分频倍频通道单元包括第一级压控衰减器、微波宽带开关、分频倍频器、稳幅电路、增益控制电路和第二级压控衰减器；宽带锁相信号经过第一级压控衰减器后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置，其特征在于，包括：参考单元、小数环单元、基波环单元和分频倍频通道单元；参考单元输出基准参考信号，一路功分提供给小数环单元、另一路经过4分频后提供给基波环单元；小数环单元接收调谐数据，其输出信号与VCO输出信号进行取样混频，取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号进行鉴相，得到的误差电压通过基波环单元对VCO进行预置，直到取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号相等时，环路进入锁定状态；分频倍频通道单元用于对基波环单元输出的射频信号进行分频处理，实现信号频率范围的扩展。

【技术特征摘要】
1.一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置，其特征在于，包括：参考单元、小数环单元、基波环单元和分频倍频通道单元；参考单元输出基准参考信号，一路功分提供给小数环单元、另一路经过4分频后提供给基波环单元；小数环单元接收调谐数据，其输出信号与VCO输出信号进行取样混频，取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号进行鉴相，得到的误差电压通过基波环单元对VCO进行预置，直到取样器输出的中频信号与基波环单元的参考信号相等时，环路进入锁定状态；分频倍频通道单元用于对基波环单元输出的射频信号进行分频处理，实现信号频率范围的扩展。2.如权利要求1所述的一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置，其特征在于，所述参考单元包括：10MHz的恒温晶体振荡器、100MHz压控振荡器、分频、鉴相电路；100MHz的压控振荡器经过10分频后得到10MHz的分频信号，该分频信号与10MHz恒温晶体振荡器输出的参考信号进行鉴相，得到鉴相误差电压，通过误差电压驱动100MHz压控振荡器输出100MHz参考信号；当100MHz压控振荡器输出的10MHz的分频信号与恒温晶体振荡器的参考信号相等时，环路进入锁定状态。3.如权利要求1所述的一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置，其特征在于，所述小数环单元基于PLL锁相结构，包括：可编程分频器、变频分频、预分频、带通滤波器电路、VCO，其中，变频分频、预分频采用FPGA实现；VCO产生的信号功分为两路，一路通过带通滤波器输出与环路输出信号进行取样；另一路经过小数环单元内部预分频、变频分频处理后与参考单元产生的基准参考信号进行鉴相，锁相环进入快锁模式，然后由锁相环进行快速锁相，最终产生宽带锁相信号。4.如权利要求1所述的一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置，其特征在于，所述基波环单元包括鉴相器、环路滤波器、集成VCO的微波振荡器、功分器电路；来自小数环单元的本振信号与微波振荡器VCO的输出信号进行取样，取样器输出的中频信号与参考信号进行鉴相，经积分电路驱动VCO实现环路锁定；基波环单元采用预置DAC的方式设置VCO。5.如权利要求1所述的一种低噪声高分辨率可调谐的多环频率合成装置，其特征在于，所述分频倍频通道单元包括第一级压控衰减器、微波宽带开关、分频倍频器、稳幅电路、增益控制电路和第二级压控衰减器；宽带锁相信号经过第一级压控衰减器后进入微波宽带开关进行选择，分别进行分频和倍频处理，其中第1路通过开关可功分为3路，分别对信号进行4分频、8分频、16分频；第2路对信号进行2分频，第3路对信号进行直通处理，最后一路对信号进行2倍频；最后经过微波宽带开关后合为一路；信号经过多级放大和衰减增益控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，朱伟，凌伟，张士峰，杜念文，白轶荣，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37