專利名稱：一種諧波鎖相頻率源及其鎖相方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于模擬鎖相頻率合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種諧波鎖相頻率源及其 鎖相方法。
背景技術(shù)：
隨著目前通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)中本振(LO)的相位噪聲及雜波抑制特性 提出了越來(lái)越高的要求。在很多情況下，用傳統(tǒng)的鎖相頻率源已經(jīng)不能滿足使用要求，而諧 波鎖相頻率源由于具有低相位噪聲、高雜波抑制、低成本等方面的優(yōu)勢(shì)，在絕大多數(shù)情況下 完全可以替代傳統(tǒng)的鎖相頻率源。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于目前通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)頻率源提出了越來(lái)越高的要求，傳統(tǒng)的頻率 源已不能滿足通信的需求，需要一種低相位噪聲、較好的雜波抑制特性的頻率源。因此有必 要提供一種諧波鎖相頻率源及其鎖相方法。本發(fā)明提供一種諧波鎖相頻率源，其特征在于其包括晶體振蕩器、微波取樣鑒相 器、環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路、壓控振蕩器、耦合器、鎖定檢測(cè)電路；所述微波取樣鑒相器的 輸入端分別與所述晶體振蕩器和所述耦合器的輸出端相連；所述環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路 的輸入端與微波取樣鑒相器的輸出端相連；所述壓控振蕩器的輸入端與環(huán)路濾波及自動(dòng)捕 獲電路的輸出端相連，壓控振蕩器的輸出端與所述耦合器相連；所述鎖定檢測(cè)電路的輸入 端與環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路的輸出端相連。優(yōu)選地，所述諧波鎖相頻率源還包括放大器和濾波器，所述放大器輸入端和所述 耦合器的主路輸出端相連，放大器輸出端與所述濾波器輸入端相連。所述壓控振蕩器的輸 出功率大于或等于IOdBm,相位噪聲低于-130 dBc/Hzil00KHzo所述諧波鎖相頻率源分成 微波和電路兩部分，兩部分的腔體內(nèi)壁分別存在絕緣子；所述微波部分包括壓控振蕩器、耦 合器、濾波器及放大器，所述電路部分包括微波取樣鑒相器、環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路、鎖 定檢測(cè)電路。優(yōu)選地，晶體振蕩器為恒溫晶體振蕩器，所述恒溫晶體振蕩器的相位噪聲低 于-150 dBc/Hz@lKHz、-155 dBc/Hz@10KHz、-155 dBc/Hzil00KHzo 所述恒溫晶體振蕩器的 頻率溫度穩(wěn)定度〈士 lppm。本發(fā)明還提供一種諧波鎖相頻率源的鎖相方法，其特征在于晶體振蕩器產(chǎn)生的參 考信號(hào)通過(guò)傳輸巴侖送到微波取樣鑒相器產(chǎn)生參考信號(hào)整數(shù)倍的諧波頻率，其中的一個(gè)諧 波信號(hào)與壓控振蕩器通過(guò)耦合電路返回的頻率在取樣鑒相器中進(jìn)行鑒相，微波取樣鑒相器 在對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行相位比較后，輸出一個(gè)反映兩個(gè)信號(hào)相位差的差拍信號(hào)送到環(huán)路濾波 及自動(dòng)捕獲電路，經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波電路濾除高頻信號(hào)后，環(huán)路濾波器輸出電壓控制壓控振蕩 器的輸出頻率，從而將壓控振蕩器的輸出鎖定在參考信號(hào)的諧波頻率上。優(yōu)選地，所述壓控振蕩器的輸出送至耦合器后，耦合器的主路輸出經(jīng)過(guò)放大濾波，最終輸出。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明一方面因?yàn)橛糜阪i相的DRO介質(zhì)振蕩器/CRO陶瓷 介質(zhì)振蕩器具有高Q值特性，噪聲基底非常低，故遠(yuǎn)端相位噪聲遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的基于VCO壓 控振蕩器的鎖相頻率源；另一方面因?yàn)槔昧宋⒉ㄈ予b相器直接將輸出鎖定在參考信號(hào) 的諧波頻率上，近端相位噪聲特性也遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的鎖相頻率源。頻率源提供的輸出頻率 3GHz ；相位噪聲優(yōu)于-115dBc/Hz@lKHz ；優(yōu)于-125dBc/Hz@10KHz ；雜波抑制優(yōu)于 _70dBc ； 輸出功率大于或等于+ 13dBm ；工作電壓+ 15V ；參考工作頻率100MHz (外供)；工作溫 度-40 +70°C。本發(fā)明提供的頻率源具有低相位噪聲，較好的雜波抑制特性等特點(diǎn)。本 發(fā)明還提供一種諧波鎖相頻率源的鎖相方法。說(shuō)明書(shū)附圖


圖1是本發(fā)明的簡(jiǎn)要工作原理框圖； 圖2是本發(fā)明微波取樣鑒相器組成； 圖3是本發(fā)明的環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路； 圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布局。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，具體說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。諧波鎖相頻率源主要由以下幾個(gè)部分組成高穩(wěn)定、低相噪晶體振蕩器，微波取樣 鑒相器SPD，環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路，鎖定檢測(cè)電路、壓控振蕩器如DRO介質(zhì)振蕩器/CRO 陶瓷介質(zhì)振蕩器及耦合、放大及濾波電路等。諧波鎖相頻率源，是利用諧波鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)的鎖相式頻率源，有別于傳統(tǒng)的利用 整數(shù)或小數(shù)分頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)的鎖相頻率源，其主要優(yōu)勢(shì)是相位噪聲特性。傳統(tǒng)的鎖相頻率源 由于預(yù)分頻器和分頻器的的應(yīng)用，對(duì)輸出信號(hào)的相位噪聲特性影響比較大。而諧波鎖相頻 率源一方面因?yàn)橛糜阪i相的DRO介質(zhì)振蕩器/CRO陶瓷介質(zhì)振蕩器具有高Q值特性，噪聲基 底非常低，故遠(yuǎn)端相位噪聲遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的基于VCO壓控振蕩器的鎖相頻率源；另一方面因 為利用了微波取樣鑒相器直接將輸出鎖定在參考信號(hào)的諧波頻率上，近端相位噪聲特性也 遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的鎖相頻率源(按晶體振蕩器近端相位噪聲+ 201gN+3計(jì)算)。此外，因?yàn)镈RO/ CRO都工作在一個(gè)窄帶的頻率范圍內(nèi)，諧波鎖相頻率源的雜波抑制也可以做得很好。如圖1所示的本發(fā)明的簡(jiǎn)要工作原理框圖，晶體振蕩器產(chǎn)生的參考信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)放 大等處理，通過(guò)傳輸巴侖送到取樣鑒相器產(chǎn)生一系列參考信號(hào)整數(shù)倍的諧波頻率。其中 的一個(gè)諧波信號(hào)與壓控振蕩器CR0/DR0通過(guò)耦合電路返回的頻率在取樣鑒相器中進(jìn)行鑒 相，微波取樣鑒相器在對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行相位比較后，輸出一個(gè)反映兩個(gè)信號(hào)相位差的差 拍信號(hào)送到環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路，經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波電路濾除高頻信號(hào)后，環(huán)路濾波器輸 出電壓控制壓控振蕩器的輸出頻率，從而將壓控振蕩器的輸出鎖定在參考信號(hào)的諧波頻率 上。耦合器的主路輸出經(jīng)過(guò)放大濾波等處理后，最終輸出滿足指標(biāo)要求的連續(xù)波信號(hào)。本 發(fā)明提供的頻率源相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下輸出頻率3GHz ；相位噪聲優(yōu)于-115dBc/HZ@lKHZ ； 優(yōu)于-125dBc/HZ@10KHZ ；雜波抑制優(yōu)于_70dBc ；輸出功率大于或等于+ 13dBm ；工作電 壓+ 15V ；參考工作頻率100MHz (外供)；工作溫度-40 + 70°C。晶體振蕩器的作用是為諧波鎖相提供一個(gè)參考信號(hào)，它決定諧波鎖相頻率源的近端相位噪聲特性，也決定諧波鎖相頻率源的頻率穩(wěn)定度及頻率精度等特性。在本發(fā)明中采 用的晶體振蕩器為低相噪、高溫度穩(wěn)定度的恒溫晶體振蕩器(0CX0)，其指標(biāo)如下輸出頻 率100MHz ；相位噪聲優(yōu)于-150 dBc/HzilKHz ；優(yōu)于-155 dBc/HzilOKHz ；優(yōu)于-155 dBc/ HzilOOKHz ；頻率溫度穩(wěn)定度優(yōu)于士 Ippm ；頻率精度優(yōu)于士 lppm。如圖2所示的本發(fā)明微波取樣鑒相器組成，本發(fā)明選用的取樣鑒相器由3個(gè)部分 組成，SRD(階躍恢復(fù)二極管):SRD對(duì)應(yīng)的是取樣鑒相器中的D1，它的作用從頻域上看是產(chǎn)生 一系列輸出頻率是輸入晶體振蕩器頻率整數(shù)倍的諧波頻率，這一系列頻率被稱為梳線譜。 從時(shí)域上看，它的作用是產(chǎn)生一個(gè)周期和輸入信號(hào)頻率一樣的窄脈沖。門(mén)電容門(mén)電容對(duì) 應(yīng)取樣鑒相器中的Cl和C2，它們?cè)谌予b相器中的作用就如同一個(gè)開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的通斷是由 SRD產(chǎn)生的脈沖控制的。肖特基二極管肖特基二極管對(duì)應(yīng)取樣鑒相器中的D2和D3，這一 對(duì)肖特基二極管的作用是作為鑒相器來(lái)比較輸出信號(hào)與相應(yīng)參考信號(hào)的諧波頻率的，其輸 出的差拍信號(hào)送到鎖相環(huán)路中的環(huán)路濾波放大器做鎖相用。如圖3所示的本發(fā)明的環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路，該電路決定了鎖相環(huán)路能否進(jìn) 入自動(dòng)捕獲、輸出信號(hào)的近端相位噪聲、環(huán)路的穩(wěn)定性等特性。壓控振蕩器如介質(zhì)振蕩器CRO或陶瓷介質(zhì)振蕩器DRO的作用就是產(chǎn)生需要的輸出 信號(hào)，在本發(fā)明中擬采用的壓控振蕩器CRO指標(biāo)如下工作頻率3GHz士30MHz ；調(diào)諧電壓 OV 15V ；3GHz調(diào)諧電壓7. 5V士 IV ；輸出功率大于或等于IOdBm ；相位噪聲優(yōu)于-130 dBc/HzilOOKHz ；工作溫度_40 + 70°C。壓控振蕩器CRO的輸出信號(hào)除直接向外輸出外， 還需要耦合一路信號(hào)回鎖相環(huán)路形成完整的負(fù)反饋，以完成鎖相。從經(jīng)濟(jì)及節(jié)約空間的角 度考慮，該定向耦合器可以用三個(gè)18 Ω的電阻功分來(lái)替代。壓控振蕩器CRO的輸出信號(hào)經(jīng) 過(guò)功分后，再加輸出前的濾波等處理，若直接輸出，其輸出功率過(guò)小，另外，為了提高本頻率 源的帶載能力，所以我們需要選用一個(gè)IdB壓縮點(diǎn)功率比較大的放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大隔 離的功能。在本發(fā)明中，選用MINI公司的單片放大器ERA — 5SM。壓控振蕩器CRO輸出的 信號(hào)除了需要的3GHz信號(hào)外，還有其諧波信號(hào)，也可能含有其他的雜波信號(hào)，為了滿足雜 波抑制的指標(biāo)要求，我們需要在放大器之后使用一帶通濾波器。從經(jīng)濟(jì)及節(jié)約空間的角度 考慮，選用MINI公司的高通濾波器HFTC - 26和低通濾波器LFCN — 3000來(lái)配合使用。本方案中發(fā)熱量最大的器件是壓控振蕩器CR0，為幫助該器件散熱，在該器件與微 波板的接地腳處采用大面積接地，并盡量靠近盒體壁處。當(dāng)環(huán)路處于失鎖狀態(tài)時(shí)，對(duì)壓控振蕩器CRO的調(diào)諧電壓將會(huì)是三角波掃描電壓， 這期間就會(huì)產(chǎn)生低電平，當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，三角波電壓信號(hào)就會(huì)被停止，這時(shí)的調(diào)諧 電壓將會(huì)是高電平。鎖定檢測(cè)電路就是對(duì)壓控振蕩器CRO的調(diào)諧電壓進(jìn)行采樣保持，并產(chǎn) 生能反映鎖相環(huán)路處于鎖定和失鎖狀態(tài)的高、低電平，也可以進(jìn)一步利用產(chǎn)生的高、低電平 來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管等器件，以直觀的反映環(huán)路的鎖定和失鎖狀態(tài)。如圖4所示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布局，從電磁兼容設(shè)計(jì)的角度考慮，本方案可以考慮 用腔體把諧波鎖相頻率源分成兩個(gè)部分微波部分和電路部分。微波部分主要是諧波鎖相 CR0、耦合、濾波及放大等功能模塊構(gòu)成，電路部分主要有參考信號(hào)預(yù)放大、SPD、環(huán)路濾波及 自動(dòng)捕獲電路、鎖定檢測(cè)電路等功能模塊構(gòu)成。兩個(gè)部分直接的饋電和信號(hào)傳輸可以通過(guò) 腔體壁上的絕緣子來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以減少兩個(gè)部分之間相互影響，實(shí)現(xiàn)電磁兼容。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種諧波鎖相頻率源，其特征在于其包括晶體振蕩器、微波取樣鑒相器、環(huán)路濾波及 自動(dòng)捕獲電路、壓控振蕩器、耦合器、鎖定檢測(cè)電路；所述微波取樣鑒相器的輸入端分別與所述晶體振蕩器和所述耦合器的輸出端相連；所述環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路的輸入端與微波取樣鑒相器的輸出端相連；所述壓控振蕩器的輸入端與環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路的輸出端相連，壓控振蕩器的輸 出端與所述耦合器相連；所述鎖定檢測(cè)電路的輸入端與環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路的輸出端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的諧波鎖相頻率源，其特征在于所述諧波鎖相頻率源還包括放大 器和濾波器，所述放大器輸入端和所述耦合器的主路輸出端相連，放大器輸出端與所述濾 波器輸入端相連。
3.如權(quán)利要求1所述的諧波鎖相頻率源，其特征在于所述壓控振蕩器為介質(zhì)振蕩器。
4.如權(quán)利要求1所述的諧波鎖相頻率源，其特征在于所述壓控振蕩器為陶瓷介質(zhì)振蕩器。
5.如權(quán)利要求1所述的諧波鎖相頻率源，其特征在于所述壓控振蕩器的輸出功率大于 或等于IOdBm,相位噪聲低于-130 dBc/Hzil00KHzo
6.如權(quán)利要求2所述的諧波鎖相頻率源，其特征在于所述諧波鎖相頻率源分成微波和 電路兩部分，兩部分的腔體內(nèi)壁分別存在絕緣子；所述微波部分包括壓控振蕩器、耦合器、 濾波器及放大器，所述電路部分包括微波取樣鑒相器、環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路、鎖定檢測(cè) 電路。
7.如權(quán)利要求1或2所述的諧波鎖相頻率源，其特征在于所述晶體振蕩器為恒 溫晶體振蕩器，所述恒溫晶體振蕩器的相位噪聲低于-150 dBc/HzilKHz, -155 dBc/ Hz@10KHz、-155 dBc/Hzil00KHzo
8.如權(quán)利要求5所述的諧波鎖相頻率源，其特征在于所述恒溫晶體振蕩器的頻率溫度 穩(wěn)定度〈士 lppm。
9.一種諧波鎖相頻率源的鎖相方法，其特征在于晶體振蕩器產(chǎn)生的參考信號(hào)通過(guò)傳 輸巴侖送到微波取樣鑒相器產(chǎn)生參考信號(hào)整數(shù)倍的諧波頻率，其中的一個(gè)諧波信號(hào)與壓控 振蕩器通過(guò)耦合電路返回的頻率在取樣鑒相器中進(jìn)行鑒相，微波取樣鑒相器在對(duì)這兩個(gè)信 號(hào)進(jìn)行相位比較后，輸出一個(gè)反映兩個(gè)信號(hào)相位差的差拍信號(hào)送到環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電 路，經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波電路濾除高頻信號(hào)后，環(huán)路濾波器輸出電壓控制壓控振蕩器的輸出頻率， 從而將壓控振蕩器的輸出鎖定在參考信號(hào)的諧波頻率上。
10.如權(quán)利要求8所述的諧波鎖相頻率源的鎖相方法，其特征在于所述壓控振蕩器的 輸出送至耦合器后，耦合器的主路輸出經(jīng)過(guò)放大濾波，最終輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種諧波鎖相頻率源，其包括晶體振蕩器、微波取樣鑒相器、環(huán)路濾波及自動(dòng)捕獲電路、壓控振蕩器、耦合器、鎖定檢測(cè)電路。本發(fā)明還提供一種諧波鎖相頻率源的鎖相方法，本發(fā)明提供的頻率源具有低相位噪聲，較好的雜波抑制特性等特點(diǎn)。本發(fā)明還提供一種諧波鎖相頻率源的鎖相方法。本發(fā)明提供的頻率源具有低相位噪聲，較好的雜波抑制特性等特點(diǎn)。本發(fā)明還提供一種諧波鎖相頻率源的鎖相方法。
文檔編號(hào)H03L7/08GK102006060SQ20101053411
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者孫敏, 文傳斌, 楊光 申請(qǐng)人:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司