專利名稱：頻率合成器和頻率合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及頻率合成器和相應(yīng)的頻率合成方法。
背景技術(shù)：
頻率合成器是許多微波系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件模塊。在包括無(wú)線電接收機(jī)、移動(dòng)電話、衛(wèi)星接收機(jī)、GPS系統(tǒng)、雷達(dá)等的許多現(xiàn)代設(shè)備中找得到它們。存在三種主要合成器體系架構(gòu)， 具體而言是直接模擬式合成器、直接數(shù)字式合成器和間接式(鎖相環(huán))合成器。微波系統(tǒng)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，使得已知的合成器無(wú)法滿足諸如相位噪聲、切換速率、精細(xì)分辨率和頻率掃描(swe印)之類的要求。近年，開(kāi)發(fā)了新的混合式體系架構(gòu)，其結(jié)合了直接數(shù)字式合成器(DDS)和鎖相環(huán)(PLL)，然而，它也無(wú)法滿足全部這些要求?？梢援a(chǎn)生具有精細(xì)頻率分辨率和低相位噪聲的超寬帶信號(hào)并且可以線性掃描的毫米波(mm-wave)/亞太赫茲(sub-THz)頻率合成器在現(xiàn)有技術(shù)中是未知的并且是不可獲得的。已知的幾種合成器體系架構(gòu)，或者具有有限的帶寬(例如如Dengler，R. J. ,Cooper, K. B. , Llombart, N. , Chattopadhyay, G. , Bryllert, Τ. , Mehdi, I. , Siegel, P. H. , "Toward real-time penetrating imaging radar at 670GHz, "Microwave Symposium Digest (微波研討會(huì)摘要)，2009MTT，09，IEEE MTT-S International, pp. 941-944, 7-12June 2009(2009 年6月)中所記載的體系架構(gòu)那樣)，或者具有粗糙的頻率分辨率(例如使用PLL)，或者具有高相位噪聲(高倍增因子)，或者具有這些特征的組合(但是不具有全部這些特征)。Dengler, R. J. , Cooper, K. B. , Llombart, N. , Chattopadhyay, G. , Bryllert, Τ. , Mehdi, I. , Siegel, P. H. ,"Toward real-time penetrating imaging radar at670GHz, "Microwave Symposium Digest (微波研討會(huì)摘要)，2009MTT，09，IEEE MTT-S International, pp. 941-944, 7-12June 2009 (2009 年 6 月)記載了一種太赫茲(THz)雷達(dá)系統(tǒng)，其中，上變頻器被用于將來(lái)自合成器的第一混合(高)頻率信號(hào)與來(lái)自可調(diào)諧源(線性調(diào)頻脈沖器(chirper))的第二可調(diào)諧(低)頻率信號(hào)混合。通過(guò)使用濾波器來(lái)選擇混合器的輸出信號(hào)的期望頻帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種盡可能多地提供上述特征(即，提供大帶寬、精細(xì)頻率分辨率和低相位噪聲)的頻率合成器和相應(yīng)的頻率合成方法。此外，優(yōu)選地，還應(yīng)當(dāng)提供用于執(zhí)行連續(xù)的優(yōu)選是線性的頻率掃描(這例如是雷達(dá)應(yīng)用所要求的)的能力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種頻率合成器，包括參考信號(hào)源，所述參考信號(hào)源提供第一參考信號(hào)，頻率信號(hào)生成單元，所述頻率信號(hào)生成單元生成預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)，混合單元，所述混合單元將所述合成頻率輸出信號(hào)與頻率調(diào)諧信號(hào)混合并輸出混合器信號(hào)，頻率調(diào)諧單元，所述頻率調(diào)諧單元提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)，所述頻率調(diào)諧單元包括輪流提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)的第一頻率調(diào)諧子單元和第二頻率調(diào)諧子單元，其中，當(dāng)所述第一頻率調(diào)諧子單元和所述第二頻率調(diào)諧子單元中的一個(gè)正在提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)時(shí)，所述第一頻率調(diào)諧子單元和所述第二頻率調(diào)諧子單元中的另一個(gè)正在準(zhǔn)備提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)，以及頻率選擇單元，所述頻率選擇單元根據(jù)所述混合器信號(hào)選擇期望頻率范圍并輸出頻率合成器輸出信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種相應(yīng)的頻率合成方法，包括以下步驟生成預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)，將所述合成頻率輸出信號(hào)下變頻成反饋信號(hào)，將所述合成頻率輸出信號(hào)與頻率調(diào)諧信號(hào)混合并輸出混合器信號(hào)，由第一頻率調(diào)諧子單元和第二頻率調(diào)諧子單元輪流提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)，其中，當(dāng)所述第一頻率調(diào)諧子單元和所述第二頻率調(diào)諧子單元中的一個(gè)正在提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)時(shí)，所述第一頻率調(diào)諧子單元和所述第二頻率調(diào)諧子單元中的另一個(gè)正在準(zhǔn)備提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)，以及從所述混合器信號(hào)選擇期望頻率范圍并輸出頻率合成器輸出信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被限定在從屬權(quán)利要求中。應(yīng)當(dāng)理解，所要求保護(hù)的頻率合成方法具有和所要求保護(hù)的頻率合成器一樣的以及如從屬權(quán)利要求中限定的相似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明基于這樣的思想基本信號(hào)(即來(lái)自頻率信號(hào)生成單元的合成頻率輸出信號(hào))由良好相位噪聲振蕩器(例如，振蕩器的共振腔槽中具有較高質(zhì)量因子的振蕩器)生成。這種振蕩器具有非常窄的帶寬。然而，頻率信號(hào)生成單元需要固定頻率。之后，通過(guò)將此頻率(即合成頻率輸出信號(hào))與來(lái)自頻率調(diào)諧單元的頻率調(diào)諧信號(hào)混合并選擇混合器信號(hào)的期望頻帶，例如，毫米波頻帶中的極低相位噪聲的信號(hào)(頻率合成器輸出信號(hào))可被生成(有益地比通過(guò)已知頻率合成器可以獲得的信號(hào)具有大得多的帶寬)。因此，利用根據(jù)本發(fā)明的頻率合成器和頻率合成方法，可以生成具有精細(xì)頻率分辨率、高線性、高線性調(diào)頻脈沖速率和良好相位噪聲的超寬帶信號(hào)(例如，在頻率范圍 480-960GHZ范圍中；根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該頻率是通過(guò)應(yīng)用額外的頻率倍增來(lái)實(shí)現(xiàn)的)。此外，如在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中所提出的，不同的頻帶(例如，混合器信號(hào)的較高邊帶和較低邊帶)可以以彼此之間平滑轉(zhuǎn)變的方式被連續(xù)使用，并且頻率掃描期間的高線性可以同時(shí)被實(shí)現(xiàn)。一般而言，所述頻率信號(hào)生成單元可以簡(jiǎn)單地包括一個(gè)(或多個(gè))振蕩器，例如電介質(zhì)共振腔振蕩器，以用于生成預(yù)定頻率的所述合成頻率輸出信號(hào)(在不同頻率的兩個(gè)或更多個(gè)振蕩器的情況中)。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，所述頻率信號(hào)生成單元包括至少一個(gè) (優(yōu)選兩個(gè)或更多個(gè))頻率信號(hào)生成環(huán)路電路，頻率信號(hào)生成環(huán)路電路包括將從反饋環(huán)路接收的反饋信號(hào)的頻率和/或相位與所述第一參考信號(hào)的相位相比較來(lái)獲得控制信號(hào)的相位檢測(cè)器、基于所述控制信號(hào)來(lái)生成合成頻率輸出信號(hào)的振蕩器以及包括將所述合成頻率輸出信號(hào)下變頻為所述反饋信號(hào)的下變頻單元的反饋環(huán)路。這種實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)之一在相位噪聲方面明顯具有更好的性能。


本發(fā)明的這些和其它方面將參考下述實(shí)施例被詳細(xì)說(shuō)明并且從中變得明顯。在附圖中圖1示出已知頻率合成器的實(shí)施例的框圖，
圖2示出圖示出利用已知頻率合成器進(jìn)行的頻率掃描的示圖，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的頻率合成器的第一實(shí)施例的框圖，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的頻率信號(hào)生成單元的第一實(shí)施例的框圖，圖5示出根據(jù)本發(fā)明的頻率信號(hào)生成單元的第二實(shí)施例的框圖，圖6示出根據(jù)本發(fā)明的頻率調(diào)諧單元的第一實(shí)施例的框圖，圖7示出根據(jù)本發(fā)明的頻率調(diào)諧單元的第二實(shí)施例的框圖，圖8示出根據(jù)本發(fā)明的頻率選擇單元的第一實(shí)施例的框圖，圖9示出根據(jù)本發(fā)明的頻率選擇單元的第二實(shí)施例的框圖，圖10示出根據(jù)本發(fā)明的頻率選擇單元的第三實(shí)施例的框圖，圖11示出利用根據(jù)本發(fā)明的頻率合成器進(jìn)行的連續(xù)線性頻率掃描的示圖，以及圖12示出根據(jù)本發(fā)明的頻率信號(hào)生成單元的第三實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出已知的頻率合成器10的簡(jiǎn)單實(shí)施例的框圖。頻率合成器10包括第一振蕩器12，第一振蕩器12例如是DR0(電介質(zhì)共振腔振蕩器)，其提供具有固定(穩(wěn)定) 頻率的第一本地振蕩器信號(hào)L01。此外，頻率合成器10還包括第二可調(diào)諧振蕩器14，第二可調(diào)諧振蕩器14例如是可調(diào)諧壓控振蕩器(VCO)，其提供具有可調(diào)諧頻率的第二本地振蕩器信號(hào)L02。第一本地振蕩器信號(hào)LOl和第二本地振蕩器信號(hào)L02被混合器16混合，產(chǎn)生混合器信號(hào)M，混合器信號(hào)M被(優(yōu)選是可切換的)濾波器18濾波以選擇期望頻帶的合成器輸出信號(hào) S。例如，從 Dengler，R.J.，Cooper, K. B.，Llombart, N.，Chattopadhyay, G. , Bryllert, T. , Mehdi, I. , Siegel, P. H. , "Toward real-time penetrating imaging radar at 670GHz, "Microwave Symposium Digest (微波研討會(huì)摘要)，2009MTT，09，IEEE MTT-SInternational, pp. 941-944，7_12June 2009(2009 年 6 月)可大概了解這樣的頻率合成器。圖2示出圖示出利用圖1中所描繪的已知頻率合成器進(jìn)行頻率掃描的示圖。第一本地振蕩器信號(hào)LOl被混合到混合器信號(hào)M,混合器信號(hào)M被具有濾波器曲線F的濾波器濾波從而選擇期望頻帶B，其中，合成器輸出信號(hào)S的輸出頻率的掃描是通過(guò)改變第二本地振蕩器信號(hào)L02的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的頻率合成器20的第一實(shí)施例的框圖。頻率合成器20優(yōu)選是毫米波/亞太赫茲頻率合成器，包括提供第一參考信號(hào)40的參考信號(hào)源22。頻率信號(hào)生成單元M利用所述第一參考信號(hào)40來(lái)產(chǎn)生預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)42。所述合成頻率輸出信號(hào)42通過(guò)混合單元沈被與頻率調(diào)諧信號(hào)44混合，混合單元沈輸出混合器信號(hào) 46。所述頻率調(diào)諧信號(hào)44由頻率調(diào)諧單元觀提供。頻率選擇單元30從所述混合器信號(hào) 46選擇期望頻率范圍，將該頻率進(jìn)行倍增，并輸出頻率合成器輸出信號(hào)48。如果需要，如在一些實(shí)施例中一樣并且取決于頻率信號(hào)生成單元M和/或頻率調(diào)諧單元觀的具體實(shí)現(xiàn)，可以由參考信號(hào)源22提供更多參考信號(hào)。這樣的更多的(低相位噪聲)參考信號(hào)可以包括用于相位檢測(cè)器的(低相位噪聲)參考信號(hào)50和/或用于在頻率信號(hào)生成單元M的具體實(shí)現(xiàn)中所提供的混合器的必要的低相位噪聲LO(本地振蕩器) 信號(hào)，和/或用于在頻率調(diào)諧單元觀的具體實(shí)現(xiàn)中所提供的直接數(shù)字式合成器(DDQ的低相位噪聲參考信號(hào)(時(shí)鐘)52。另外，可以提供控制單元(未示出)以用于控制頻率合成器20的元件。頻率信號(hào)生成單元M提供具有頻率差fD的某些固定頻率。頻率調(diào)諧單元觀提供帶寬為B的線性連續(xù)掃描。頻率選擇單元30優(yōu)選還包括倍增單元，從混合器信號(hào)46選擇期望的頻帶(例如，在一個(gè)實(shí)施例中或者選擇較低的邊帶或者選擇較高的邊帶)。隨后， 來(lái)自選定頻帶的信號(hào)優(yōu)選被濾波、被放大并被倍乘。因此，可以實(shí)現(xiàn)期望頻率范圍中，例如毫米波/太赫茲頻率范圍中的連續(xù)的線性的超寬帶頻率掃描。在圖4和圖5中示出頻率信號(hào)生成單元2 和Mb的優(yōu)選實(shí)施例。一般，頻率信號(hào)生成單元M包括至少一個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(最多到任意數(shù)目的頻率信號(hào)生成環(huán)路電路)，而在圖4和圖5中示出的示例性實(shí)施例中，頻率信號(hào)生成單元2 和24b包括三個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60、62和64。一般，不存在上限，合理的數(shù)目是2個(gè)到6個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路，特別是2個(gè)到4個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路。以頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60為例來(lái)說(shuō)明頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60、62和64的優(yōu)選實(shí)施例。相位檢測(cè)器70 (也稱為相位頻率檢測(cè)器；PFD)將從反饋環(huán)路接收的反饋信號(hào)80 的頻率和/或相位與所述第一參考信號(hào)40的頻率和/或相位比較(具體而言，檢測(cè)頻率和 /或相位差)來(lái)獲得控制信號(hào)82。環(huán)路濾波器71被耦接到相位檢測(cè)器70的輸出以用于對(duì)從相位檢測(cè)器70輸出的控制信號(hào)82進(jìn)行濾波。受控振蕩器72例如是壓控振蕩器(VCO)， 其被耦接到環(huán)路濾波器71的輸出并且基于所述控制信號(hào)82生成合成頻率輸出信號(hào)84。所述合成頻率輸出信號(hào)84被輸出單元73輸出，輸出單元73例如是分流器(splitter)，其還將合成頻率輸出信號(hào)84提供給包括下變頻單元74的反饋環(huán)路，下變頻單元74將所述合成頻率輸出信號(hào)84下變頻為所述反饋信號(hào)80。下變頻單元74優(yōu)選地包括分頻器75和混合器76，其利用由參考信號(hào)源22提供的第二參考信號(hào)50a來(lái)對(duì)分頻器75的輸出信號(hào)進(jìn)行下變頻來(lái)獲得所述反饋信號(hào)80。此外，在一些實(shí)施例中，在反饋環(huán)路中，在混合器76之前和/或之后還設(shè)置另外的濾波器77、78 (特別是帶通濾波器)。VCO 72優(yōu)選是窄帶(高Q)振蕩器，從而具有非常良好的相位噪聲特性。每個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60、62和64中的混合器76都將合成頻率輸出信號(hào)84下變頻至相位檢測(cè)器頻率。為了覆蓋更寬的頻譜范圍，即，為了使能更寬帶寬上的頻率掃描，不同頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60、62和64的混合器76被設(shè)置了不同的第二參考信號(hào)50a、50b和50c，并且受控振蕩器72相應(yīng)地在不同頻率起作用。振蕩器的頻率是以下述方式選擇的，其使得較高邊帶和較低邊帶的“鏈條(chain) ”(參見(jiàn)圖2)優(yōu)選地是(但不是必需地)連續(xù)的。如果其不連續(xù)，則可能會(huì)生成單獨(dú)的頻帶。如果必要，可以使用具有最低分頻比的分頻器75。為了實(shí)現(xiàn)最佳相位噪聲，在反饋環(huán)路中使用具有幾乎固定的頻率的VCO 72而不使用分頻器75。如果混合單元沈(參見(jiàn)圖3)包括雙邊帶(DSB)混合器，則具體使用圖4中示出的頻率信號(hào)生成單元Ma的實(shí)施例。如果混合單元沈(參見(jiàn)圖幻包括單邊帶(SSB)混合器，則具體使用圖5中示出的頻率信號(hào)生成單元Mb。對(duì)于相位檢測(cè)器頻率，可能的最高頻率被選擇來(lái)維持良好的相位噪聲性能。頻率信號(hào)生成單元Ma中的開(kāi)關(guān)90選擇在環(huán)路電路60、62和64之一中生成的一個(gè)固定頻率并將其輸出給DSB混合器。在頻率信號(hào)生成單元Mb中，使用90°混合耦合器92(或90°相位偏移器)。原始的合成頻率輸出信號(hào)84a 和相位被偏移90°的合成頻率輸出信號(hào)84 二者都經(jīng)由輸出單元93被提供給兩個(gè)開(kāi)關(guān)94a 和94b。這兩個(gè)開(kāi)關(guān)9 和94b的輸出被連接到SSB混合器沈的兩個(gè)不同IF輸入。利用這兩個(gè)開(kāi)關(guān)9 和94b，可以選擇上變頻之后的期望邊帶。在圖6中描繪了頻率調(diào)諧單元^a的第一實(shí)施例。頻率調(diào)諧單元一般包括第一頻率調(diào)諧子單元100和第二頻率調(diào)諧子單元102，它們(通過(guò)開(kāi)關(guān)104被切換)輪流提供頻率調(diào)諧信號(hào)44。因此，當(dāng)?shù)谝活l率調(diào)諧子單元100和第二頻率調(diào)諧子單元102中的一個(gè)正在提供頻率調(diào)諧信號(hào)44時(shí)，第一頻率調(diào)諧子單元100和第二頻率調(diào)諧子單元102中的另一個(gè)正在準(zhǔn)備提供頻率調(diào)諧信號(hào)44，S卩，已經(jīng)可以調(diào)諧到應(yīng)當(dāng)由所述另一頻率調(diào)諧子單元遞送的期望頻率，例如以便提供連續(xù)的線性頻率掃描。在圖6中所示的簡(jiǎn)單實(shí)施例中，第一頻率調(diào)諧子單元100和第二頻率調(diào)諧子單元 102被實(shí)現(xiàn)為可調(diào)諧振蕩器，例如，被實(shí)現(xiàn)為可調(diào)諧VC0。第一頻率調(diào)諧子單元100和第二頻率調(diào)諧子單元102中的每一個(gè)例如從參考信號(hào)源22接收單獨(dú)的(第三)參考信號(hào)52a、 52b (具體是控制電壓)來(lái)控制第一頻率調(diào)諧子單元100和第二頻率調(diào)諧子單元102?？色@得頻率調(diào)諧單元觀的其它實(shí)施例，例如如圖7中所示，其中，描繪了頻率調(diào)諧單元^b的更詳細(xì)的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，每個(gè)頻率調(diào)諧子單元100和102被實(shí)現(xiàn)為例如如 Stelzer, A. ；Kolmhofer, E. ；Scheiblhofer, S. , "Fast 77GHz chirps with direct digital synthesis and phase locked loop", Microwave Conference Peoceedings (微波會(huì)議學(xué)報(bào))，2005，APMC 2005, Asia-Pacific Conference Proceedings (亞洲-太平洋會(huì)議學(xué)報(bào))，vol.，3,4-7Dec. 2005 (2005年12月)中所記載的混合式DDS/PLL環(huán)路。以調(diào)諧子單元100為例，其包括從第三固定頻率參考信號(hào)52a生成DDS信號(hào)120的直接數(shù)字式合成器110、將從調(diào)諧反饋環(huán)路接收的調(diào)諧分頻器輸出信號(hào)122的相位與DDS信號(hào)120的相位相比較來(lái)獲得調(diào)諧控制信號(hào)124的調(diào)諧相位檢測(cè)器111、對(duì)所述調(diào)諧控制信號(hào)IM進(jìn)行濾波的環(huán)路濾波器112、基于所述(濾波后的)調(diào)諧控制信號(hào)來(lái)生成所述頻率調(diào)諧子單元100 的所述調(diào)諧頻率輸出信號(hào)4 的調(diào)諧振蕩器(例如VC0) 113、以及反饋環(huán)路中的將調(diào)諧頻率輸出信號(hào)4 進(jìn)行分頻來(lái)獲得所述調(diào)諧分頻器輸出信號(hào)122的調(diào)諧分頻器114。調(diào)諧頻率輸出信號(hào)44a由輸出單元115輸出，輸出單元115例如是分流器，其還將調(diào)諧頻率輸出信號(hào) 44a提供給反饋環(huán)路中的分頻器114。這樣的混合式結(jié)構(gòu)提供非常線性的高分辨率頻率掃描。在該實(shí)施例中，為了在頻率合成器的輸出處具有連續(xù)掃描，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)混合式DDS/LLP環(huán)路電路，即頻率調(diào)諧子單元100和102。當(dāng)一個(gè)環(huán)路電路正在提供混合單元沈的LO輸出時(shí)，另一電路正在為接下來(lái)的掃描做準(zhǔn)備。利用開(kāi)關(guān)104，必要的環(huán)路電路被選擇。取決于該選擇，混合單元沈的！^ 輸出的較高頻帶或較低頻帶、混合式DDS/PLL的掃描方向被確定。在圖8至圖10中示出頻率選擇單元30的各種實(shí)施例。如果混合單元沈包括DSB 混合器(其優(yōu)選如圖4中所示被耦接到頻率信號(hào)生成單元Ma的實(shí)施例)，則圖8和圖9 中所示的頻率選擇單元30a和30b的實(shí)施例是優(yōu)選的，而如果混合單元沈包括SSB混合器 (其優(yōu)選如圖5所示被耦接到頻率信號(hào)生成單元Mb的實(shí)施例)，則圖10中所示的頻率選擇單元30c的實(shí)施例是優(yōu)選的。在一個(gè)實(shí)施例中，圖8中示出的頻率選擇單元30a的實(shí)施例包括并聯(lián)耦接在開(kāi)關(guān)134和136之間的低通濾波器130和高通濾波器132，以用于從由混合單元沈中所包括的 DSB混合器提供的所述混合器信號(hào)46選擇較高邊帶或較低邊帶。優(yōu)選地，帶通濾波器138 被耦接到第二開(kāi)關(guān)136的輸出，其中，帶通濾波器138覆蓋完整的(期望)帶寬并且被用來(lái)抑制不想要的雜散噪聲。帶通濾波器138的輸出信號(hào)隨后優(yōu)選在后處理單元40 (例如包括倍增器、放大器和濾波器)中被倍增，被放大并且被濾波。圖9中所示的頻率選擇單元30b的實(shí)施例包括濾波器組142，濾波器組142具有并聯(lián)耦接在開(kāi)關(guān)Π4和136之間的三個(gè)或更多個(gè)濾波器，以用于從所述混合器信號(hào)46中選擇期望頻帶，在一個(gè)實(shí)施例中，具體而言用于選擇由混合單元26中所包括的DSB混合器所提供的混合信號(hào)46的較低邊帶或較高邊帶。在一個(gè)實(shí)施例中，圖10中示出的頻率選擇單元30c的實(shí)施例包括帶通濾波器144 以用于從由混合單元26中所包括的SSB混合器提供的所述混合器信號(hào)44中選擇期望頻帶。優(yōu)選地，帶通濾波器覆蓋完整的(期望)頻帶。圖像抑制(即對(duì)不期望頻帶的抑制) 已經(jīng)在SSB混合器中完成(在一定程度上完成)。如果更多抑制是必要的，則可以添加另外的濾波器。圖11示出圖示利用根據(jù)本發(fā)明的頻率合成器(具體而言利用圖4或圖5中示出的具有三個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60、62和64的頻率信號(hào)生成單元2 或24b的實(shí)施例) 來(lái)進(jìn)行的連續(xù)線性頻率掃描的示圖。通過(guò)由頻率調(diào)諧單元觀對(duì)頻率調(diào)諧信號(hào)44的適當(dāng)控制，特別是對(duì)所述頻率調(diào)諧信號(hào)44的調(diào)諧頻率的適當(dāng)控制，可以實(shí)現(xiàn)用箭頭150示出的極寬帶連續(xù)掃描。具體地，如圖11中所示，可被連續(xù)掃描150覆蓋的總帶寬ft。t對(duì)應(yīng)于表示6個(gè)頻帶中的每個(gè)頻帶的帶寬的頻率差fD的6倍(在低相位噪聲混合信號(hào)46的倍增之后，帶寬甚至?xí)鼘?。這些頻帶被如下生成(假定使用頻率信號(hào)生成單元Ma的實(shí)施例并且在混合單元沈中使用DSB混合器)。第一頻帶151是在第一頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60的上變頻之后的較低邊帶。第二頻帶152是在第二頻率信號(hào)生成環(huán)路電路62的上變頻之后的較低邊帶。第三頻帶153 是在第三頻率信號(hào)生成環(huán)路電路64的上變頻之后的較低邊帶。第四頻帶巧4是在第一頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60的上變頻之后的較高邊帶。第五頻帶155是在第二頻率信號(hào)生成環(huán)路電路62的上變頻之后的較高邊帶。第三頻帶156是在第三頻率信號(hào)生成環(huán)路電路64 的上變頻之后的較高邊帶。因此，如果來(lái)自第一頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60的合成頻率輸出信號(hào)被切換到混合電路沈上，則混合信號(hào)44覆蓋(在頻率方向上)彼此之間具有很大間隔的第一和第四頻帶151和154。結(jié)果，對(duì)用于濾除期望頻帶的頻率選擇單元30中的后續(xù)濾波器的要求就不那么嚴(yán)格，即，濾波器曲線可以不像例如已知的頻率合成器(其中，如圖2中所示，相鄰頻帶之間沒(méi)有間隔或僅有很小間隔)中那樣那么陡峭。可行實(shí)現(xiàn)方式中的頻率分配的示例可以如下(還是參照參考圖11所說(shuō)明的示例)假定三個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60、62和64分別具有固定振蕩器頻率40GHz、45GHz 和50GHz。頻率調(diào)諧信號(hào)44是5-lOGHz。這意味著利用第一頻率信號(hào)生成環(huán)路電路60可以生成30-35GHZ和45-50GHZ的頻帶151、154，利用第二頻率信號(hào)生成環(huán)路電路62可以生成35-40GHZ和50-55GHZ的頻帶152、155，并且利用第三頻率信號(hào)生成環(huán)路電路64可以生成40-45GHz和55-60GHz的頻帶153、156。因此，可以執(zhí)行從30GHz到60GHz的頻率掃描。優(yōu)選地，頻率調(diào)諧單元信號(hào)44的掃描對(duì)于較低邊帶(即頻帶151、152和153)應(yīng)當(dāng)在與對(duì)于較高邊帶(即頻帶154、155和156)不同的方向上。如果倍增因子是16，則頻率合成器的輸出頻率將從480GHz到960GHz。如果頻率調(diào)諧單元28中使用的DDS以32比特工作，則DDS的參考時(shí)鐘將具有0. 23Hz的分辨率，并且在頻率合成器的輸出48處，具有 368Hz的精細(xì)分辨率(在480GHz到960GHz頻帶中)。圖12中示出了頻率信號(hào)生成單元Mc的簡(jiǎn)單實(shí)施例。在該實(shí)施例中，頻率信號(hào)生成單元2 包括三個(gè)振蕩器72a (具體而言是電介質(zhì)共振腔振蕩器)，振蕩器7 生成不同預(yù)定頻率的具有足夠低的相位噪聲的合成頻率輸出信號(hào)。這些振蕩器因此替換上述實(shí)施例中的環(huán)路電路60、62和64。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的設(shè)備和方法中所使用的具體元件是公知的。對(duì)于像環(huán)路濾波器、本地振蕩器、相位檢測(cè)器、混合器和分頻器尤其如此。因此，在所提出的頻率合成器的實(shí)施例中，標(biāo)準(zhǔn)元件可被用于具有所需設(shè)置和/或尺寸的那些元件來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的效果。所提出的頻率合成器可以合成微波和毫米波頻率中的線性連續(xù)頻率掃描?？缮扇魏未_定性的超寬帶頻率形狀(尤其在優(yōu)選實(shí)施例中可使用DDS中的數(shù)字信號(hào)生成來(lái)生成)。合成頻率在較低的和較高的帶內(nèi)偏移頻率中具有低相位噪聲。頻率合成器具有非常精細(xì)的分辨率(Hz)，這主要取決于DDS性能。還可以合成多個(gè)波形，諸如一次頻率的、二次頻率的、三次頻率的線性調(diào)頻脈沖或線性頻率斜波的確定性偏差。已經(jīng)在附圖和以上描述中詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的或示例性而非限制性的。本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)，根據(jù)對(duì)附圖、公開(kāi)和權(quán)利要求書(shū)的研究，可以理解和實(shí)施所公開(kāi)實(shí)施例的其它變形例。在權(quán)利要求書(shū)中，詞語(yǔ)“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定代詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)元件或其它單元可以完成權(quán)利要求書(shū)中所記載的若干項(xiàng)的功能。某些措施被記載在相互不同的獨(dú)立權(quán)利要求中的事實(shí)并不表明這些措施的組合不能用來(lái)受益于本發(fā)明。權(quán)利要求書(shū)中的任何標(biāo)號(hào)不應(yīng)被理解為是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種頻率合成器，包括參考信號(hào)源(22)，所述參考信號(hào)源0 提供第一參考信號(hào)，頻率信號(hào)生成單元(M)，所述頻率信號(hào)生成單元04)生成預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)，混合單元(沈)，所述混合單元06)將所述合成頻率輸出信號(hào)與頻率調(diào)諧信號(hào)混合并輸出混合器信號(hào)，頻率調(diào)諧單元( )，所述頻率調(diào)諧單元08)提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)，所述頻率調(diào)諧單元包括輪流提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)的第一頻率調(diào)諧子單元(100)和第二頻率調(diào)諧子單元 (102)，其中，當(dāng)所述第一頻率調(diào)諧子單元(100)和所述第二頻率調(diào)諧子單元(10 中的一個(gè)正在提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)時(shí)，所述第一頻率調(diào)諧子單元(100)和所述第二頻率調(diào)諧子單元(10 中的另一個(gè)正在準(zhǔn)備提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)，以及頻率選擇單元(30)，所述頻率選擇單元(30)根據(jù)所述混合器信號(hào)選擇期望頻率范圍并輸出頻率合成器輸出信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中，所述頻率信號(hào)生成單元04)包括至少一個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62，64)， 所述頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62，64)包括將從反饋環(huán)路接收的反饋信號(hào)的頻率和/或相位與所述第一參考信號(hào)的相位相比較來(lái)獲得控制信號(hào)的相位檢測(cè)器(70)、基于所述控制信號(hào)來(lái)生成合成頻率輸出信號(hào)的振蕩器(7 以及將所述合成頻率輸出信號(hào)下變頻為所述反饋信號(hào)的下變頻單元(74)。
3.如權(quán)利要求2所述的頻率合成器，其中，所述頻率信號(hào)生成單元04)包括兩個(gè)或更多個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62， 64)，每個(gè)所述頻率信號(hào)生成環(huán)路電路包括生成不同預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)的振蕩ο
4.如之前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的頻率合成器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62，64)的所述下變頻單元(74)中的每一個(gè)包括混合器(76)，所述混合器(76)將各自的頻率信號(hào)生成環(huán)路電路的振蕩器 (72)的所述合成頻率輸出信號(hào)與由所述參考信號(hào)源提供的第二參考信號(hào)混合來(lái)獲得所述反饋信號(hào)。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的頻率合成器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62，64)中的每一個(gè)包括環(huán)路濾波器(71)，所述環(huán)路濾波器(71)耦接在各自的頻率信號(hào)生成環(huán)路電路的所述振蕩器和所述相位檢測(cè)器之間以用于對(duì)各自的控制信號(hào)進(jìn)行濾波。
6.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的頻率合成器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62，64)中的每一個(gè)包括分頻器 (76)，所述分頻器(76)耦接在各自的頻率信號(hào)生成環(huán)路電路的所述振蕩器和所述下變頻單元之間，并且對(duì)各自的合成頻率輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。
7.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的頻率合成器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62，64)中的每一個(gè)包括反饋濾波器(77，78)，所述反饋濾波器(77，78)耦接在各自的頻率信號(hào)生成環(huán)路電路的所述振蕩器與所述下變頻單元和/或所述下變頻單元與所述相位檢測(cè)器之間，并對(duì)所述合成頻率輸出信號(hào)和/或所述反饋輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
8.如權(quán)利要求3所述的頻率合成器，其中，所述混合單元06)包括雙邊帶混合器并且其中所述頻率信號(hào)生成單元04)包括開(kāi)關(guān)(90)，所述開(kāi)關(guān)(90)用于將來(lái)自所述兩個(gè)或或更多頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62， 64)中的一個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路的合成頻率輸出信號(hào)中的一個(gè)合成頻率輸出信號(hào)選作用于所述雙邊帶混合器的輸入信號(hào)。
9.如權(quán)利要求3所述的頻率合成器，其中，所述混合單元06)包括單邊帶混合器，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62，64)中的每一個(gè)包括90°混合耦合器(9 或90°相位偏移器(9 以用于輸出第一合成頻率輸出信號(hào)以及相位相對(duì)于所述第一合成頻率輸出信號(hào)被偏移了 90° 的第二合成頻率輸出信號(hào)，并且其中，所述頻率信號(hào)生成單元04)包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)(9 ， 94b)以用于將來(lái)自所述兩個(gè)或更多個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路(60，62，64)中的一個(gè)頻率信號(hào)生成環(huán)路電路的第一和第二合成頻率輸出信號(hào)的一對(duì)選作用于所述單邊帶混合器的輸入信號(hào)。
10.如之前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的頻率合成器，其中，所述第一頻率調(diào)諧子單元(100)和所述第二頻率調(diào)諧子單元(10 中的每一個(gè)包括可調(diào)諧振蕩器，所述可調(diào)諧振蕩器具體是可調(diào)諧壓控振蕩器。
11.如之前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的頻率合成器，其中，所述第一頻率調(diào)諧子單元(100)和所述第二頻率調(diào)諧子單元(102)中的每一個(gè)包括可調(diào)諧振蕩器環(huán)路電路，所述可調(diào)諧振蕩器環(huán)路電路包括從第三固定頻率參考信號(hào)生成DDS信號(hào)的直接數(shù)字式合成器(110)、將從調(diào)諧反饋環(huán)路接收的調(diào)諧分頻器輸出信號(hào)的相位與所述DDS信號(hào)的相位相比較來(lái)獲得調(diào)諧控制信號(hào)的調(diào)諧相位檢測(cè)器(111)、基于所述調(diào)諧控制信號(hào)來(lái)生成所述調(diào)諧頻率輸出信號(hào)的調(diào)諧振蕩器(113)以及將所述調(diào)諧頻率輸出信號(hào)進(jìn)行分頻來(lái)獲得所述調(diào)諧分頻器輸出信號(hào)的調(diào)諧分頻器(114)。
12.如之前任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的頻率合成器，其中，所述頻率調(diào)諧單元08)包括調(diào)諧開(kāi)關(guān)(104)，所述調(diào)諧開(kāi)關(guān)(104)耦接到所述第一頻率調(diào)諧子單元和所述第二頻率調(diào)諧子單元(100,10 的輸出，并且在所述第一頻率調(diào)諧子單元和所述第二頻率調(diào)諧子單元的輸出信號(hào)之間切換來(lái)輪流提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)。
13.如權(quán)利要求8所述的頻率合成器，其中，所述頻率選擇單元(30a)包括并聯(lián)耦接在開(kāi)關(guān)(134，136)之間的低通濾波器 (130)和高通濾波器(132)以用于從所述混合器信號(hào)選擇所述較高邊帶或所述較低邊帶。
14.如權(quán)利要求8所述的頻率合成器，其中，所述頻率選擇單元(30b)包括濾波器組(142)，所述濾波器組(14 具有并聯(lián)耦接在開(kāi)關(guān)(134，136)之間的三個(gè)或更多個(gè)濾波器以用于從所述混合器輸出選擇期望頻帶。
15.如權(quán)利要求8所述的頻率合成器，其中，所述頻率選擇單元(30c)包括帶通濾波器(144)以用于從所述混合器信號(hào)選擇所述期望頻帶。
16.如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中，所述頻率信號(hào)生成單元(Mc)包括至少一個(gè)振蕩器(7 )，所述振蕩器(72a)具體是電介質(zhì)共振腔振蕩器，并且生成預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的頻率合成器，其中，所述頻率信號(hào)生成單元(Mc)包括兩個(gè)或更多個(gè)振蕩器(7 )，所述振蕩器 (72a)具體是電介質(zhì)共振腔振蕩器，并且生成不同預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)。
18.—種頻率合成方法，包括以下步驟 生成預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)，將所述合成頻率輸出信號(hào)下變頻成反饋信號(hào)， 將所述合成頻率輸出信號(hào)與頻率調(diào)諧信號(hào)混合并輸出混合器信號(hào)， 由第一頻率調(diào)諧子單元和第二頻率調(diào)諧子單元輪流提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)，其中，當(dāng)所述第一頻率調(diào)諧子單元和所述第二頻率調(diào)諧子單元中的一個(gè)正在提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)時(shí)，所述第一頻率調(diào)諧子單元和所述第二頻率調(diào)諧子單元中的另一個(gè)正在準(zhǔn)備提供所述頻率調(diào)諧信號(hào)，以及根據(jù)所述混合器信號(hào)選擇期望頻率范圍并輸出頻率合成器輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了頻率合成器和頻率合成方法。本發(fā)明涉及一種頻率合成器，包括參考信號(hào)源(22)，其提供第一參考信號(hào)，頻率信號(hào)生成單元(24)，其生成預(yù)定頻率的合成頻率輸出信號(hào)，混合單元(26)，其將合成頻率輸出信號(hào)與頻率調(diào)諧信號(hào)混合并輸出混合器信號(hào)，頻率調(diào)諧單元(28)，其提供頻率調(diào)諧信號(hào)，頻率調(diào)諧單元包括輪流提供頻率調(diào)諧信號(hào)的第一頻率調(diào)諧子單元(100)和第二頻率調(diào)諧子單元(102)，其中，當(dāng)?shù)谝缓偷诙l率調(diào)諧子單元中的一個(gè)正在提供頻率調(diào)諧信號(hào)時(shí)，第一和第二頻率調(diào)諧子單元中的另一個(gè)正在準(zhǔn)備提供頻率調(diào)諧信號(hào)，以及頻率選擇單元(30)，其根據(jù)混合器信號(hào)選擇期望頻率范圍并輸出頻率合成器輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)H03L7/18GK102487280SQ201110409128
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者弗坎·達(dá)伊, 斯特凡·科赫 申請(qǐng)人:索尼公司