本發(fā)明屬于射頻電路技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種高性能可調(diào)諧寬帶射頻振蕩器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前市面上的射頻振蕩器系統(tǒng)，大致可以分為以下兩大類。

一類是固定頻率的射頻振蕩器系統(tǒng)，這一類振蕩器系統(tǒng)具有頻率穩(wěn)定度高、相位噪聲較低的優(yōu)點(diǎn)，但缺陷是只能產(chǎn)生固定頻率的載波，無法滿足現(xiàn)代通信中對載波系統(tǒng)頻率可調(diào)的要求，例如無法滿足寬帶掃頻系統(tǒng)的載波要求。

另一類是頻率可調(diào)的射頻振蕩器系統(tǒng)，它可以在規(guī)定的帶寬范圍內(nèi)產(chǎn)生動態(tài)可調(diào)的射頻載波；但這一類射頻振蕩器通常采用倍頻技術(shù)，將基準(zhǔn)頻率上升到射頻載波頻段。因此，這一類振蕩器的絕對頻率偏差數(shù)值被放大了N倍，隨著射載波頻率的升高，振蕩器的頻率偏差會越來越大，相位噪聲也會越來越高，從而嚴(yán)重影響振蕩器的性能。

因此，如何開發(fā)出一種可以實(shí)現(xiàn)輸出頻率動態(tài)可調(diào)、同時具有高頻率穩(wěn)定度、低相位噪聲指標(biāo)的射頻振蕩器系統(tǒng)，是目前本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要解決的一個問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能可調(diào)諧寬帶射頻振蕩器系統(tǒng)；該系統(tǒng)不但可以實(shí)現(xiàn)輸出頻率動態(tài)可調(diào)，而且還同時具有高頻率穩(wěn)定度、低相位噪聲的特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一種高性能可調(diào)諧寬帶射頻振蕩器系統(tǒng)，主要包括依次連接的四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器、第二混頻器、四分頻器、鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和數(shù)字分頻器，所述數(shù)字分頻器分別連接鑒相器和分頻控制器；所述四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器由恒流源和兩條并聯(lián)的支路構(gòu)成，每個支路由依次連接的鏡像恒流源、分流電路、兩個并聯(lián)的晶振電路以及第一混頻器構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述第一混頻器與第二混頻器之間設(shè)有第一帶通濾波器。

優(yōu)選地，所述第二混頻器與四分頻器之間設(shè)有第二帶通濾波器。

優(yōu)選地，所述四分頻器與鑒相器之間設(shè)有第三濾波器。

所述四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器由恒流源和兩條并聯(lián)的支路構(gòu)成，每個支路由依次連接的鏡像恒流源、分流電路、兩個并聯(lián)的晶振電路以及第一混頻器構(gòu)成。所述兩個并聯(lián)的晶振電路組成一個高度關(guān)聯(lián)的雙晶體互補(bǔ)振蕩電路，兩晶振電路的分支電流之和等于鏡像恒流源電路所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流。

所述第二混頻器，主要用于將四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器的兩支路輸出信號進(jìn)行混頻，混頻后將產(chǎn)生合頻信號以及眾多的傅立葉級數(shù)混頻信號。

所述四分頻器，主要作用在于把合頻信號降低為基準(zhǔn)信號。

所述第一帶通濾波器、第二帶通濾波器和第三帶通濾波器，其作用是濾除其他的頻率分量，以得到純凈的頻率。

所述鑒相器主要用于鑒別基準(zhǔn)頻率信號與壓控振蕩器分頻后信號的相位差異，從而得到兩者的差分信號，用作下一步處理。

所述環(huán)路濾波器主要用于濾除鑒相器輸出的混合信號中的高頻成分，只保留直流信號，并將其提供給壓控振蕩器，作為VCO的振蕩控制電壓。

壓控振蕩器(VCO)是系統(tǒng)的信號輸出源，它是一個輸出頻率受控的振蕩源，以環(huán)路濾波器得到的直流電壓作為控制信號，產(chǎn)生振蕩頻率，輸出射頻載波。

所述數(shù)字分頻器是一個分頻系數(shù)N可變的分頻器，主要作用在于將壓控振蕩器的高頻輸出信號降為低頻，然后輸入鑒相器，使之與基準(zhǔn)信號進(jìn)行鑒相。

所述分頻控制器主要用于產(chǎn)生數(shù)字分頻器的分頻系數(shù)N。

本發(fā)明不但可以實(shí)現(xiàn)輸出頻率動態(tài)可調(diào)，而且還同時具有高頻率穩(wěn)定度、低相位噪聲的特點(diǎn)，其具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

附圖說明

圖1為本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器，11為鏡像恒流源，121、122為晶振電路，13為分流電路，14為恒流源，21為第一混頻器，22為第二混頻器，31為第一帶通濾波器，32為第二帶通濾波器，33為第三帶通濾波器，4為四分頻器，5為鑒相器，6為環(huán)路濾波器，7為壓控振蕩器，8為數(shù)字分頻器，9為分頻控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

參照圖1，本發(fā)明實(shí)施例一種高性能可調(diào)諧寬帶射頻振蕩器系統(tǒng)，主要包括依次連接的四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器1、第二混頻器22、四分頻器4、鑒相器5、環(huán)路濾波器6、壓控振蕩器7和數(shù)字分頻器8，所述數(shù)字分頻器8分別連接鑒相器5和分頻控制器9；所述四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器1由恒流源14和兩條并聯(lián)的支路構(gòu)成，每個支路由依次連接的鏡像恒流源11、分流電路13、兩個并聯(lián)的晶振電路121、晶振電路122以及第一混頻器21構(gòu)成。

所述第一混頻器21與第二混頻器22之間設(shè)有第一帶通濾波器31，第二混頻器22與四分頻器4之間設(shè)有第二帶通濾波器32。所述四分頻器4與鑒相器5之間設(shè)有第三濾波器33。

所述四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器1由恒流源14和兩條并聯(lián)的支路構(gòu)成，每個支路由依次連接的鏡像恒流源11、分流電路13、兩個并聯(lián)的晶振電路121、晶振電路122以及第一混頻器21構(gòu)成。所述兩個并聯(lián)的晶振電路121和晶振電路122組成一個高度關(guān)聯(lián)的雙晶體互補(bǔ)振蕩電路，晶振電路121和晶振電路122的分支電流之和等于鏡像恒流源電路11所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流。由于標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流恒定不變，當(dāng)晶振電路121的電流增大，晶振電路122的電流則減??；反之，當(dāng)晶振電路121的電流減小，晶振電路122的電流則增大。

由于靜態(tài)電流是影響晶振性能的外界因素，假設(shè)在某種外界干擾的影響下，晶振電路121的電流增大，從而引起該電路晶振的振蕩頻率增加，那么與此同時，晶振電路122的靜態(tài)電流一定會等幅度減小，從而引起晶振電路122的晶振的振蕩頻率下降，又因?yàn)榫д耠娐?21和晶振電路122完全對稱，所以晶振電路122的晶振減小的頻率剛好等于晶振電路121的晶振增加的頻率，從而實(shí)現(xiàn)了兩個晶振的輸出頻率完全互補(bǔ)，也就是說兩個晶振的輸出合頻信號的數(shù)值保持恒定，從而大大提高了雙晶振輸出頻率的穩(wěn)定度。四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器1的每個支路可以說是一個雙晶體互補(bǔ)振蕩器；由于雙晶體互補(bǔ)振蕩器實(shí)現(xiàn)了輸出信號頻率偏差的相互抵銷，因此大幅提高了輸出信號的質(zhì)量和性能，為整個系統(tǒng)提供了高穩(wěn)定的參考信號源。

雙晶體互補(bǔ)振蕩器輸出的振蕩信號經(jīng)過第一混頻器21以后，可得到2倍頻率的振蕩信號2f₀，也就是晶振電路121和晶振電路122的晶振頻率合頻信號，然后此信號經(jīng)過第一帶通濾波器31濾除雜波，就得到了頻率為2f₀的高穩(wěn)定輸出信號。

所述四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器1的另一支路的原理與上段所述支路的原理完全相同。根據(jù)“平均值消除誤差”原理，如果將這兩路雙晶體互補(bǔ)振蕩器的電路的輸出信號再次進(jìn)行合頻，將得到頻率為4f₀的合頻信號，如果將4f₀的合頻信號進(jìn)行求平均計(jì)算，將得到頻率為f₀的平均值信號。因?yàn)榻?jīng)過了平均處理，所以該平均值信號f₀的誤差將進(jìn)一步減小，信號的質(zhì)量將進(jìn)一步提高。經(jīng)測試，與普通晶振電路相比較，四晶體互補(bǔ)振蕩器的頻率穩(wěn)定度提高了5倍以上，10KHz頻偏的相位噪聲降低了9dB左右。

所述第二混頻器22，主要用于將四晶體負(fù)反饋互補(bǔ)振蕩器1的兩支路輸出信號進(jìn)行混頻，混頻后將產(chǎn)生合頻信號以及眾多的傅立葉級數(shù)混頻信號。

所述四分頻器4，主要作用在于把合頻信號降低為基準(zhǔn)信號f₀。

所述第一帶通濾波器31、第二帶通濾波器32和第三帶通濾波器33，其作用是濾除其他的頻率分量，以得到純凈的頻率。

所述鑒相器5主要用于鑒別基準(zhǔn)頻率信號與壓控振蕩器7分頻后信號的相位差異，從而得到兩者的差分信號，用作下一步處理。

所述環(huán)路濾波器6主要用于濾除鑒相器輸出的混合信號中的高頻成分，只保留直流信號，并將其提供給壓控振蕩器7，作為VCO的振蕩控制電壓。

壓控振蕩器(VCO)是系統(tǒng)的信號輸出源，它是一個輸出頻率受控的振蕩源，以環(huán)路濾波器得到的直流電壓作為控制信號，產(chǎn)生振蕩頻率，輸出射頻載波。

所述數(shù)字分頻器8是一個分頻系數(shù)N可變的分頻器，主要作用在于將壓控振蕩器7的高頻輸出信號降為低頻，然后輸入鑒相器5，使之與基準(zhǔn)信號進(jìn)行鑒相。

所述分頻控制器9主要用于產(chǎn)生數(shù)字分頻器的分頻系數(shù)N。經(jīng)過分析可知：鑒相器5、數(shù)字分頻器8、環(huán)路濾波器6、壓控振蕩器7，這四個器件共同組成了一個“高頻倍頻器”，本質(zhì)上是將第三帶通濾波器33輸出的基準(zhǔn)頻率信號f₀進(jìn)行N倍倍頻，得到f＝N*f₀的高頻振蕩器輸出信號，從而實(shí)現(xiàn)高頻段的射頻載波輸出。由于分頻控制器9可以改變分頻系數(shù)N的數(shù)值，所以實(shí)現(xiàn)了輸出頻率f的動態(tài)可調(diào)。目前采用數(shù)字程控分頻器芯片，分頻系數(shù)N可達(dá)到2048以上，因此可以實(shí)現(xiàn)寬帶范圍內(nèi)的動態(tài)頻率可調(diào)。

本實(shí)施例的射頻振蕩器實(shí)現(xiàn)了非常高的性能，與同類振蕩器相比較，頻率穩(wěn)定度提高5倍以上，相位噪聲降低9db左右(10KHz頻偏處)。此外，本實(shí)施例設(shè)計(jì)的振蕩器可以實(shí)現(xiàn)寬帶范圍內(nèi)的頻率可調(diào)。

本發(fā)明不但可以實(shí)現(xiàn)輸出頻率動態(tài)可調(diào)，而且還同時具有高頻率穩(wěn)定度、低相位噪聲的特點(diǎn)，其具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。