一种混频锁相的高相噪宽带微波源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及射频和微波电子领域，具体地，涉及一种混频锁相的高相噪宽带微波 源。
【背景技术】
[0002] 高相噪的频率信号源是现代射频和微波电子系统的心脏，其性能直接影响整个电 子系统。随着无线电技术的发展，特别是在现代复杂电磁环境中，要提高接收机的信号截 获能力和动态范围，需对频率合成器进行捷变频和低相噪设计；其中传统的高相噪频率源 是由DR0和YIG经过模拟鉴相器其中锁相输出得到；DR0的缺点是无法实现宽带多频点，所 以DR0在点频工作时具有很大的优势；YIG的缺点是成本高、锁相时间慢。占有由于其高昂 的成本、锁相频率带宽窄、体积大、频率步进大的特点，所以在结构加工，材料的焊接工艺等 方面很难保证相关技术要求，或者就是结构复杂不容易调试，大批量生产受到限制。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种混频锁相的高相噪宽带微波源，该宽带微 波源组件结构紧凑，容易调试，相位噪声高，接收机接收的灵敏度好。
[0004] 本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种混频锁相的高相噪宽带微波源， 包括屏蔽盒体、位于屏蔽盒体内的基板和安装在基板上的微波电路，所述微波电路包括频 综、耦合器、L0本振和混频器，其中的频综与耦合器相连，处理后的信号从耦合器输出，L0 本振和混频器连接，在耦合器和混频器之间依次连接低噪声放大器b和低通滤波器c，混频 器向前传输信号依次连接低通滤波器b、低噪声放大器a、低通滤波器a和频综上的锁相环 电路；所述L0本振由晶振依次经过低噪声放大器c、倍频电路、带通滤波器a、低噪声放大器 d和带通滤波器b处理后得到，其中的晶振还与频综上的锁相环电路连接。
[0005] 其中的倍频电路是由阶跃恢复二极管的谐波倍频完成，阶跃恢复二极管是一种具 有很强非线性导电特性的二极管元件，它的谐波产生效率可以接近1/n，这里n表示谐波次 数。阶跃恢复二极管倍频不需要空闲电路，使微波电路结构更简单和紧凑。该微波源的产 生采用混频锁相的方式，混频锁相方式增加了频率搬移电路,通过在反馈支路对输出频率 进行下移，从而降低了环路分频比，实现对系统输出相位噪声的改善，，提高相位噪声，从而 提高了接收机接收信号的灵敏度。为了避免干扰和杂讯，所述屏蔽盒体包括两个，分别为盒 体a和盒体b，盒体b位于盒体a中，整个微波电路均位于盒体a中，其中微波电路上的倍频 电路、带通滤波器a、低噪声放大器d和带通滤波器b还位于盒体b中。由于倍频电路部分 和带通滤波器比较特殊，对屏蔽盒体的屏蔽效果要求高，若屏蔽效果做的不好容易出现干 扰和杂讯，该处采用单独的屏蔽盒体b来安装倍频电路部分和带通滤波器。
[0006] 进一步的，位于盒体b中的电路与位于盒体a中的电路之间通过射频同轴连接器 SMA连接。位于不同屏蔽盒体内的电路之间通过射频同轴SMA连接器连接。此连接器传输 损耗低、结构紧凑，抗振和电磁屏蔽性能优异；分置的屏蔽盒体使系统结构更加清晰，装配 更简单，且由于其屏蔽性使得系统本身性能不因相互干扰而降低。
[0007] 为了进一步缩小体积，使组件更紧凑，所述锁相环电路为单片集成锁相环芯片。其 集成度较高，利于小型化涉及，此外还可应用现有技术中的相关成熟电路来实现锁相环。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述晶振为温补晶振。其振荡频率稳定，可补偿因温度 变化产生漂移，性能更稳定。
[0009] 为了使性能更稳定，所述基板为宽介电常数罗杰斯覆铜箔基板。其为国产微波板， 介电常数宽，并具有优异的机械、化学和物理电气性能。
[0010] 为了进一步的缩小体积，所述压控振荡器、倍频器、带通滤波器a、带通滤波器b、 低通滤波器a、低通滤波器b和低通滤波器c均为表贴封装的MMIC芯片。这就可以极大减 小整个电路体积，便于组件的小型化设计。
[0011] 作为本发明的进一步改进，所述频综包括依次连接的控制器、锁相环电路和压控 振荡器，压控振荡器和耦合器连接。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述控制器为FPGA控制器。频综中的控制器选用 FPGA，频综控制程序烧录在FPGA的存储器中，便于在线修改和重复擦写，用于控制宽带微 波频综锁相中的相关运算及频率输出。此外，控制器还可采用其它逻辑器件。
[0013] 优选的，所述屏蔽盒体为铝质屏蔽盒体。铝是一种成本较低，且同比其他低成本金 属绝缘性较好的介质。
[0014] 综上，本发明的有益效果是： 1、频综选用简单的三线串口控制、高工作频率、低相噪的单片集成锁相环芯片，以及具 有超低噪声、低环路电压和较高输出功率等优点的集成压控振荡器搭建而成，通过FPGA控 制实现低相噪的频综输出，频综输出的信号经过定向耦合器输出；保证了倍频后的本振和 频综耦合输出的信号经过混频器混频输出，混频输出的中频信号进行反串到输出端，从而 避免了中频信号对频综输出的信号进行干扰。
[0015] 2、应用高介电常数、低损耗的材料作为基板，电路经过软件的仿真设计，实现了较 小的插入损耗和较大的带外抑制；此外由于电路中各部件均采用超小型表贴封装，外围电 路较少，节省了PCB版面空间，有利于整体小型化设计；模块间的连接使用射频同轴SMA连 接器，使得结构紧凑，装配更为简单。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明中微波电路原理框图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式 不限于此。
[0018] 实施例1 : 如图1所示，本发明包括屏蔽盒体、位于屏蔽盒体内的基板和安装在基板上的微波电 路，所述微波电路包括频综、耦合器、L0本振和混频器，其中的频综与耦合器相连，处理后的 信号从耦合器输出，L0本振和混频器连接，在耦合器和混频器之间依次连接低噪声放大器 b和低通滤波器c，混频器向前传输信号依次连接低通滤波器b、低噪声放大器a、低通滤波 器a和频综上的锁相环电路；所述L0本振由晶振依次经过低噪声放大器c、倍频电路、带通 滤波器a、低噪声放大器d和带通滤波器b处理后得到，其中的晶振还与频综上的锁相环电 路连接。
[0019] 其中的频综、倍频器、带通滤波器在相关电磁场仿真软件中建立整个器件的模型， 设定并求解相关参数，以便得到最佳性能，调试方便。调试出的最佳输出频率为4-SCHz， 输出功率15dBm，相位噪声为-90dBc/Hz;杂散输出为-70dBc;谐波抑制：30dBc;工作 温度：_40°C+70°C;频率稳定度：士 300ppb(全温）；工作电流：+5V(500mA);12V (300mA)〇
[0020] 在充分考虑参考信号、压控振荡器VC0和鉴相器引入相位扰动的基础上，忽略一 些次要因素，可建立图1所对应的系统相位噪声叠加模型，如图1所示。将噪声源进行叠加， 经过简单地推导，可得出系统单边带相位噪声功率谱密度为：
【主权项】
1. 一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，包括屏蔽盒体、位于屏蔽盒体内的 基板和安装在基板上的微波电路，所述微波电路包括频综、禪合器、L0本振和混频器，其中 的频综与禪合器相连，处理后的信号从禪合器输出，L0本振和混频器连接，在禪合器和混频 器之间依次连接低噪声放大器b和低通滤波器C，混频器向前传输信号依次连接低通滤波 器b、低噪声放大器a、低通滤波器a和频综上的锁相环电路；所述L0本振由晶振依次经过 低噪声放大器C、倍频电路、带通滤波器a、低噪声放大器d和带通滤波器b处理后得到，其 中的晶振还与频综上的锁相环电路连接。
2. 根据权利要求1所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，所述屏蔽 盒体包括两个，分别为盒体a和盒体b，盒体b位于盒体a中，整个微波电路均位于盒体a 中，其中微波电路上的倍频电路、带通滤波器a、低噪声放大器d和带通滤波器b还位于盒体 b中。
3. 根据权利要求2所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，位于盒体b 中的电路与位于盒体a中的电路之间通过射频同轴连接器SMA连接。
4. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在 于，所述锁相环电路为单片集成锁相环芯片。
5. 根据权利要求4所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，所述晶振 为温补晶振。
6. 根据权利要求5所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，所述基板 为宽介电常数罗杰斯覆铜铅基板。
7. 根据权利要求6所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，所述压控 振荡器、倍频器、带通滤波器a、带通滤波器b、低通滤波器a、低通滤波器b和低通滤波器C 均为表贴封装的匪1C芯片。
8. 根据权利要求7所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，所述频综 包括依次连接的控制器、锁相环电路和压控振荡器，压控振荡器和禪合器连接。
9. 根据权利要求8所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，所述控制 器为FPGA控制器。
10. 根据权利要求1所述的一种混频锁相的高相噪宽带微波源，其特征在于，所述屏蔽 盒体为铅质屏蔽盒体。
【专利摘要】本发明公开了一种混频锁相的高相噪宽带微波源，包括屏蔽盒体、位于屏蔽盒体内的基板和安装在基板上的微波电路，所述微波电路包括频综、耦合器、LO本振和混频器，其中的频综与耦合器相连，处理后的信号从耦合器输出，LO本振和混频器连接，在耦合器和混频器之间依次连接低噪声放大器b和低通滤波器c，混频器向前传输信号依次连接低通滤波器b、低噪声放大器a、低通滤波器a和频综上的锁相环电路；所述LO本振由晶振依次经过低噪声放大器c、倍频电路、带通滤波器a、低噪声放大器d和带通滤波器b处理后得到，其中的晶振还与频综上的锁相环电路连接。本发明通过上述原理，该宽带微波源组件结构紧凑，容易调试，相位噪声高，接收机接收的灵敏度好。
【IPC分类】H03L7-093
【公开号】CN104682955
【申请号】CN201510093559
【发明人】王文林, 刘玉业
【申请人】成都宝通天宇电子科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月2日