一种s波段低相噪低杂散细步进频率源组件及使用方法
阅读说明：本技术 一种s波段低相噪低杂散细步进频率源组件及使用方法 (S-band low-phase-noise low-spurious fine-stepping frequency source component and using method ) 是由 朱红辉 杜珂 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种S波段低相噪低杂散细步进频率源组件及使用方法,所述频率源组件包括依次相连的恒温晶振、梳状谱电路、第一滤波器、功分器、混频器、第二滤波器、分频器、以及锁相环电路,所述功分器的一个输出端与混频器的本振输入端相连,所述功分器的另一个输出端经DDS电路与混频器的中频输入端相连,所述锁相环电路包括顺次环状相连的鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。本发明中采用直接模拟合成、直接数字合成以及间接数字锁相合成相结合在一起的混合频率合成方式,整体结构简单,设计合理,同时有效地实现了低相位噪声、低杂散和超小跳频步进指标。(The invention discloses an S-band low-phase-noise low-spurious fine stepping frequency source component and a using method thereof. The invention adopts a mixed frequency synthesis mode combining direct analog synthesis, direct digital synthesis and indirect digital phase-locked synthesis, has simple integral structure and reasonable design, and effectively realizes low phase noise, low stray and ultra-small frequency hopping step index.)
技术领域
本发明涉及射频微波技术领域，具体地来说，涉及一种S波段低相噪低杂散细步进频率源组件及使用方法。
背景技术
在射频微波领域，频率合成技术是雷达侦察、航天测控、以及无线通信等的内部电子系统设计中的一项重要技术；而其中，对实现频率合成的频率源组件的低相位噪声、低杂散、以及超小跳频步进的需求越来越迫切。
目前，频率源组件的设计方案有很多种，但是这些方案并不能同时兼顾低相位噪声、低杂散和超小跳频步进。例如，单一的采用直接模拟合成的方法，比较容易获得低相位噪声指标，但是超小跳频步进和高杂散抑制指标往往不容易做好；单一的采用直接数字合成的方法，比较容易获得低相位噪声指标和超细小步进的信号，但是信号频率低，且带宽窄；单一的采用间接锁相频率合成，也很难同时满足超小跳频步进和高杂散抑制指标。
中国授权专利公告号CN209105149U，公告日2019年7月12日，公开一种小体积超细步进低相位噪声超高杂散抑制频率源，文中提出“所述晶振模块分别通过DDS和直合成高稳基准器均连接第一混频滤波器，所述第一混频滤波器通过分频滤波器连接内置R分频器，所述内置R分频器连接主锁相环器，所述主锁相环器分别通过环路滤波器和第二混频滤波器连接压控振荡器，所述第二混频滤波器连接混频基准模块”。该现有技术中结构复杂，且频率稳定度一般，同时晶振模块直接通过DDS和直合成高稳基准器连接第一混频滤波器，其对应的后续的低相位噪声、低杂散和超小跳频步进指标的实现效果也一般。
发明内容
本发明的目的在于提供一种S波段低相噪低杂散细步进频率源组件及使用方法，以解决上述背景技术中提出的现有的频率源组件结构复杂，频率稳定度一般，且不能同时兼顾低相位噪声、低杂散和超小跳频步进指标的很好实现的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种S波段低相噪低杂散细步进频率源组件，包括依次相连的恒温晶振、梳状谱电路、第一滤波器、功分器、混频器、第二滤波器、分频器、以及锁相环电路，所述锁相环电路包括顺次环状相连的鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。
其中，所述恒温晶振的输出端与梳状谱电路的输入端相连，所述梳状谱电路的输出端与第一滤波器的输入端相连，所述第一滤波器的输出端与功分器的输入端相连，所述功分器的一个输出端与混频器的本振输入端相连，所述功分器的另一个输出端经DDS电路与混频器的中频输入端相连，所述混频器的输出端与第二滤波器的输入端相连，所述第二滤波器的输出端与分频器的输入端相连，所述分频器的输出端与鉴相器的一个输入端相连，所述鉴相器的另一个输入端与压控振荡器的一个输出端相连，所述压控振荡器的另一个输出端为S波段频率源的信号输出端，所述鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连，所述环路滤波器的输出端与压控振荡器的输入端相连。
本发明还提供了上述S波段低相噪低杂散细步进频率源组件的使用方法，具体操作步骤如下:
1）恒温晶振振荡产生第一参考信号，送入梳状谱电路，生成与第一参考信号同频的梳状谱信号输出；
2）梳状谱信号经过第一滤波器滤除杂散并扩大后，生成为梳状谱信号十倍频的第二信号，通过功分器分为两路输出，一路提供给DDS电路做参考时钟并产生中频信号，另一路提供给混频器用作本振信号；
3）将中频信号和本振信号通过混频器混频，通过第二滤波器滤除杂散并扩大后，生成L波段参考信号；
4）将L波段参考信号送往分频器分频，生成低频信号，用作鉴相的参考信号；
5）将压控振荡器的射频信号反馈给鉴相器，并将其与分频器的低频信号进行鉴相比较后，输出低频误差信号送至环路滤波器，经环路滤波器滤波后，进而输出低频直流信号以调谐压控振荡器，形成回环，完成锁相。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中采用直接模拟合成、直接数字合成以及间接数字锁相合成相结合在一起的混合频率合成方式，通过直接模拟合成和直接数字合成方式产生L波段参考信号，L波段参考信号分频后通过间接数字锁相合成方式，产生最终的S波段频率源，整体结构简单，设计合理，同时有效地实现了低相位噪声、低杂散和超小跳频步进指标；
2、本发明中将恒温晶振振荡产生的第一参考信号依次经梳状谱电路、第一滤波器、功分器分为两路输出，本振信号和DSS时钟均来源于梳状谱电路，梳状谱发生器电路能够产生较为平坦和稳定的梳状谱信号，同时在功分输出之前预先统一进行滤波扩大处理，混频前期整体处理效果好，进一步保证了低相位噪声、低杂散和超小跳频步进指标的实现，且提升了最终输出的S波段频率源的频率稳定度；
3、本发明中采用恒温晶振振荡产生第一参考信号，大幅度地提升了生成的第一参考信号的频率稳定度。
附图说明
图1为本发明的模块方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明：
如图1所示，一种S波段低相噪低杂散细步进频率源组件，包括恒温晶振、梳状谱电路、第一滤波器、功分器、混频器、第二滤波器、分频器、鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，恒温晶振的输出端与梳状谱电路的输入端相连，梳状谱电路的输出端与第一滤波器的输入端相连，第一滤波器的输出端与功分器的输入端相连，功分器分为两路输出，功分器的一个输出端与混频器的本振输入端相连，功分器的另一个输出端经DDS电路与混频器的中频输入端相连，混频器的输出端与第二滤波器的输入端相连，第二滤波器的输出端与分频器的输入端相连，分频器的输出端与鉴相器的一个输入端相连，鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连，环路滤波器的输出端与压控振荡器的输入端相连，鉴相器的另一个输入端与压控振荡器的一个输出端相连，压控振荡器的另一个输出端为S波段频率源的信号输出端。
上述波段低相噪低杂散细步进频率源组件的使用方法，具体操作步骤如下：
首先，外部的恒温晶振振荡产生100MHz的参考信号，送入梳状谱电路，生成100MHz的梳状谱信号以后，经过第一滤波器滤除杂散并扩大后，生成杂散抑制度很高的1200MHz的信号；继而，1200MHz的信号通过功分器分为两路输出，一路提供给DDS电路做参考时钟，另一路提供给混频器用作本振信号；同时，DDS电路产生一段窄范围的细步进的中频信号，中频信号的频率范围为129-159MHz，通过混频器和本振信号进行混频，并通过第二滤波器滤除杂散并扩大后，产生杂散抑制度很高的1041-1071MHz 的L波段参考信号；然后，将L波段参考信号送往分频器分频，生成260.25-267.75 MHz的低频信号，用作鉴相的参考信号；最后，将压控振荡器的射频信号反馈给鉴相器，并将其与分频器的低频信号进行鉴相比较后，输出低频误差信号送至环路滤波器，经环路滤波器滤波后，进而输出低频直流信号以调谐压控振荡器，形成回环，完成锁相功能，合成1800-2400MHz的S波段频率源。
其中，L波段参考信号通过本振信号和DDS中频信号混频产生，本振信号和DDS时钟均来自于梳状谱电路，L波段参考信号相位噪声很低，其与晶振信号的相位噪声满足20lgN的关系；L波段参考信号分频后通过间接数字锁相合成方式，产生最终的S波段频率源，锁相模式为整数模式，鉴相器噪底很低，L波段参考信号的噪声贡献比后续8-鉴相器的噪声贡献低，从而最终输出的S波段频率源相位噪声直接取决于鉴相器的噪底，此处选择低噪声的鉴相器，可以满足S波段频率源的低相噪需求。
DDS电路输出的中频信号的跳频步进，满足μHz级别，近端杂散指标高；综上，因为L波段参考信号通过本振信号和DDS中频信号混频产生，所以L波段参考信号的近端杂散信号，主要取决于DDS电路输出的中频信号的近端杂散，其优于85dBc；且L波段参考信号的跳频步进，也取决于DDS电路输出的中频信号的跳频步进，满足μHz级别。L波段参考信号和最终输出的S波段频率源，满足20lgN关系；因此，S波段频率源近端杂散仅仅取决于L波段参考信号，恶化6dB，为79dBc；且S波段频率源的调频步进也取决于L波段参考信号，满足μHz级别。
最终，S波段频率源的典型相位噪声：＜[email protected]～300KHz；杂散：＜-75dBc；跳频步进：＜0.1Hz，该频率源信号具有低相位噪声、低杂散和细步进。
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