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1、10申请公布号CN104124922A43申请公布日20141029CN104124922A21申请号201410373614422申请日20140731H03B5/3220060171申请人中国科学院上海微系统与信息技术研究所地址200050上海市长宁区长宁路865号72发明人孙朋飞吴亮孙晓玮丁金义孙芸钱蓉佟瑞王志高74专利代理机构上海光华专利事务所31219代理人李仪萍54发明名称3MM波段信号源及其应用57摘要本发明提供一种3MM波段信号源及其应用，其中，所述3MM波段信号源至少包括压控振荡器，用于产生微波信号；U波段倍频器，连接于所述压控振荡器，用于将所述压控振荡器产生的微波信号进行倍。
2、频；U波段低噪声放大器，连接于所述U波段倍频器，用于将所述U波段倍频器的输出信号进行放大；W波段倍频器，连接于所述U波段低噪声放大器，用于将所述U波段低噪声放大器的输出信号进行倍频；W波段低噪声放大器，连接于所述W波段倍频器，用于将所述W波段倍频器的输出信号进行放大。本发明的3MM波段信号源，采用成熟的低频振荡源结合倍频方式，不仅可以获得较好的性能，调谐带宽较宽，而且可以使结构更紧凑、成本更低。51INTCL权利要求书1页说明书7页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书7页附图3页10申请公布号CN104124922ACN104124922A1/1页21一。
3、种3MM波段信号源，其特征在于，所述3MM波段信号源至少包括压控振荡器，用于产生微波信号；U波段倍频器，连接于所述压控振荡器，用于将所述压控振荡器产生的微波信号进行倍频；U波段低噪声放大器，连接于所述U波段倍频器，用于将所述U波段倍频器的输出信号进行放大；W波段倍频器，连接于所述U波段低噪声放大器，用于将所述U波段低噪声放大器的输出信号进行倍频；W波段低噪声放大器，连接于所述W波段倍频器，用于将所述W波段倍频器的输出信号进行放大。2根据权利要求1所述的3MM波段信号源，其特征在于，所述压控振荡器为低频压控振荡器，其产生的微波信号的频率范围为20GHZ275GHZ。3根据权利要求1所述的3MM波。
4、段信号源，其特征在于，所述U波段倍频器和所述W波段倍频器均为二倍频器。4根据权利要求1所述的3MM波段信号源，其特征在于，所述3MM波段信号源还包括电源模块；所述电源模块至少包括第一直流电源板，连接于所述压控振荡器、所述U波段倍频器和所述U波段低噪声放大器，用于向所述压控振荡器、所述U波段倍频器和所述U波段低噪声放大器输入直流稳压供电电压，以及向所述压控振荡器输入调谐电压；其中，所述压控振荡器产生的微波信号的频率和功率适于通过改变所述调谐电压来进行改变，从而改变所述3MM波段信号源的输出信号；第二直流电源板，连接于所述W波段倍频器、W波段低噪声放大器，用于向所述W波段倍频器、W波段低噪声放大器。
5、输入直流稳压供电电压。5根据权利要求4所述的3MM波段信号源，其特征在于，所述电源模块还包括第一直流供电端，连接于所述第一直流电源板，用于向所述第一直流电源板供电；第二直流供电端，连接于所述第二直流电源板，用于向所述第二直流电源板供电。6根据权利要求5所述的3MM波段信号源，其特征在于，所述第一直流供电端和所述第二直流供电端均为穿心电容。7一种如权利要求16任一项所述的3MM波段信号源的应用，其特征在于，所述3MM波段信号源应用为发射3MM波段毫米波信号的3MM波段发射源。8一种如权利要求16任一项所述的3MM波段信号源的应用，其特征在于，所述3MM波段信号源应用为产生发射机和接收机的本振信号。
6、的本振信号源。9一种如权利要求16任一项所述的3MM波段信号源的应用，其特征在于，所述3MM波段信号源应用为单独的3MM波段毫米波的调频连续波源和照射源。权利要求书CN104124922A1/7页33MM波段信号源及其应用技术领域0001本发明涉及毫米波技术领域，特别是涉及一种3MM波段信号源及其应用。背景技术0002毫米波具有良好的大气穿透特性以及丰富的频谱资源，在通信、制导、雷达、临床医学等领域具有重大意义和应用前景。其中，3MM波段毫米波具有较短波长、较小的传播衰减，是毫米波通信研究的热点。作为毫米波系统的核心，信号源的性能如输出功率、相位噪声、调谐带宽等优劣对整个3MM波段毫米波系统有。
7、直接影响。0003现有的3MM波段信号源很多方面难以满足应用需求，例如，GUNN振荡源的输出调谐带宽较窄，且需要通过机械调制和电调制相结合的方式输出3MM波段毫米波，成本很高；而采用其他方法直接构成的3MM波段信号源性能指标也较差，通常直接产生高频信号，带宽窄、功率低，成本高，且结构不紧凑，占用空间大。0004由此，现在亟需一种具有较好性能的3MM波段信号源。发明内容0005鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种3MM波段信号源及其应用，性能好，成本低，用于解决现有技术中3MM波段信号源性能较差、成本较高，无法满足应用需求的问题。0006为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一。
8、种3MM波段信号源，其中，所述3MM波段信号源至少包括0007压控振荡器，用于产生微波信号；0008U波段倍频器，连接于所述压控振荡器，用于将所述压控振荡器产生的微波信号进行倍频；0009U波段低噪声放大器，连接于所述U波段倍频器，用于将所述U波段倍频器的输出信号进行放大；0010W波段倍频器，连接于所述U波段低噪声放大器，用于将所述U波段低噪声放大器的输出信号进行倍频；0011W波段低噪声放大器，连接于所述W波段倍频器，用于将所述W波段倍频器的输出信号进行放大。0012优选地，所述压控振荡器为低频压控振荡器，其产生的微波信号的频率范围为20GHZ275GHZ。0013优选地，所述U波段倍频器。
9、和所述W波段倍频器均为二倍频器。0014优选地，所述3MM波段信号源还包括电源模块；所述电源模块至少包括0015第一直流电源板，连接于所述压控振荡器、所述U波段倍频器和所述U波段低噪声放大器，用于向所述压控振荡器、所述U波段倍频器和所述U波段低噪声放大器输入直流稳压供电电压，以及向所述压控振荡器输入调谐电压；其中，所述压控振荡器产生的微波信号说明书CN104124922A2/7页4的频率和功率适于通过改变所述调谐电压来进行改变，从而改变所述3MM波段信号源的输出信号；0016第二直流电源板，连接于所述W波段倍频器、W波段低噪声放大器，用于向所述W波段倍频器、W波段低噪声放大器输入直流稳压供电电。
10、压。0017优选地，所述电源模块还包括0018第一直流供电端，连接于所述第一直流电源板，用于向所述第一直流电源板供电；0019第二直流供电端，连接于所述第二直流电源板，用于向所述第二直流电源板供电。0020优选地，所述第一直流供电端和所述第二直流供电端均为穿心电容。0021本发明还提供一种如上所述的3MM波段信号源的应用，其中，所述3MM波段信号源应用为发射3MM波段毫米波信号的3MM波段发射源。0022本发明还提供一种如上所述的3MM波段信号源的应用，其中，所述3MM波段信号源应用为产生发射机和接收机的本振信号的本振信号源。0023本发明还提供一种如上所述的3MM波段信号源的应用，其中，所述。
11、3MM波段信号源应用为单独的3MM波段毫米波的调频连续波源和照射源。0024如上所述，本发明的3MM波段信号源及其应用，具有以下有益效果0025本发明的3MM波段信号源，通过压控振荡器产生的微波信号，只需要产生一定频率范围的低频微波信号，对低频微波信号进行两次倍频和两次放大，就能使3MM波段信号源输出3MM波段毫米波，低频微波信号不仅较易设计实现，还能保证较高的输出功率和较宽的调谐带宽，同时大大降低了成本，因此，信号源能够获得较好的性能。0026本发明的3MM波段信号源，采用成熟的低频振荡源结合倍频方式，不仅可以获得较好的性能，调谐带宽较宽，而且可以使结构更紧凑、成本更低；例如采用二次倍频加二。
12、次倍频的四倍频方式，可以使得所需压控振荡源的输出频率降为3MM波段毫米波频率的四分之一，非常有利于紧凑化集成和降低成本。0027本发明的3MM波段信号源，将每次倍频后的信号通过低噪声放大器进行增益补偿，有效补偿了信号的变频损耗，保证了3MM波段信号源的高输出功率；且各器件均工作在较宽的频带范围内，可实现较宽频率范围内的3MM波段毫米波信号输出。0028本发明的3MM波段信号源，可以将各组成器件高度紧凑化集成为两个相互连接的模块化结构，整个结构独立通用，结构紧凑，使用方便，满足了3MM波段紧凑化、低成本信号源的需求。0029本发明的3MM波段信号源，能够应用于毫米波系统的多个部分，既可以作为3M。
13、M波段发射源使用，又可以作为发射机和接收机的本振信号源使用，还可以作为单独的调频连续波源和照射源使用。附图说明0030图1显示为本发明实施例的3MM波段信号源的结构示意框图。0031图2显示为本发明实施例的3MM波段信号源的结构示意框图。0032图3显示为本发明实施例的3MM波段信号源的模块化结构的立体示意图。0033图4显示为本发明实施例的3MM波段信号源中模块化结构的平面示意图。说明书CN104124922A3/7页50034元件标号说明00351压控振荡器00362U波段倍频器00373U波段低噪声放大器00384W波段倍频器00395W波段低噪声放大器00406电源模块004161第一。
14、直流电源板004262第二直流电源板004363第一直流供电端004464第二直流供电端0045100第一模块化结构0046101第一壳体0047102U波段信号输出端口0048103第一固定螺纹孔0049104连接螺纹孔0050105第一接地柱0051200第二模块化结构0052201第二壳体0053202U波段信号输入端口00542033MM波段信号输出端口0055204第二固定螺纹孔0056205另一法兰盘接口0057206第二接地柱具体实施方式0058以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外。
15、不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。0059请参阅图1，本发明的实施例涉及一种3MM波段信号源。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。0060本实施例的3MM波段信号源至少包括压控振荡器1，U波段倍频器2，U波段低噪声放大器3，W波段倍频器4和W波段低噪声放大器5。其中0061对于压控振荡器1，其用于产生微波信。
16、号，该微波信号作为U波段倍频器2的输入信号。在本实施例中，压控振荡器1为低频压控振荡器1，其产生的微波信号的频率范围为20GHZ275GHZ，即其能够产生在20GHZ275GHZ频率范围内的低频微波信号，相对于说明书CN104124922A4/7页6现有技术中需要直接产生高频率的毫米波信号，本实施例的低频微波信号更易于设计和实现，成本更低，且压控振荡器1的工作频带范围较宽，同时还能够保证较高的输出功率和较宽的调谐带宽。0062对于U波段倍频器2，其连接于压控振荡器1，用于将压控振荡器1产生的微波信号进行倍频。在本实施例中，U波段倍频器2为二倍频器，能够将压控振荡器1产生的微波信号的频率扩大一倍。
17、，即U波段倍频器2的输出信号为U波段毫米波信号，其频率范围为40GHZ55GHZ，该U波段倍频器2的输出信号作为U波段低噪声放大器3的输入信号。0063对于U波段低噪声放大器3，其连接于U波段倍频器2，用于将U波段倍频器2的输出信号进行放大。U波段低噪声放大器3能够补偿U波段倍频器2的输出信号的变频损耗，即将U波段倍频器2的输出信号的功率进行放大，使压控振荡器1产生的微波信号在经过U波段倍频器2和U波段低噪声放大器3后，由U波段低噪声放大器3输出具有较高的输出功率的输出信号，作为W波段倍频器4的输入信号。该U波段倍频器2和U波段低噪声放大器3均工作在较宽的频带范围40GHZ55GHZ内。006。
18、4对于W波段倍频器4，其连接于U波段低噪声放大器3，用于将U波段低噪声放大器3的输出信号进行倍频。在本实施例中，W波段倍频器4为二倍频器，能够将U波段低噪声放大器3的输出信号的频率扩大一倍，即W波段倍频器4的输出信号为W波段毫米波信号，其频率范围为80GHZ110GHZ，该W波段倍频器4的输出信号作为W波段低噪声放大器5的输入信号。0065对于W波段低噪声放大器5，其连接于W波段倍频器4，用于将W波段倍频器4的输出信号进行放大。W波段低噪声放大器5能够补偿W波段倍频器4的输出信号的变频损耗，即将W波段倍频器4的输出信号的功率进行放大，使W波段倍频器4的输出信号在经过W波段倍频器4和W波段低噪声。
19、放大器5后，由W波段低噪声放大器5输出具有较高的输出功率的输出信号。该W波段倍频器4和W波段低噪声放大器5均工作在较宽的频带范围80GHZ110GHZ内。W波段低噪声放大器5的输出信号即为3MM波段毫米波信号。0066本实施例的3MM波段信号源，通过压控振荡器1产生的微波信号，只需要产生一定频率范围的低频微波信号，对低频微波信号进行两次倍频和两次放大，就能使3MM波段信号源输出3MM波段毫米波，低频微波信号不仅较易设计实现，还能保证较高的输出功率和较宽的调谐带宽，同时大大降低了成本，因此，信号源能够获得较好的性能。0067值得一提的是，采用成熟的低频振荡源结合倍频方式，不仅可以获得较好的性能，。
20、调谐带宽较宽，而且可以使结构更紧凑、成本更低。例如，采用二次倍频加二次倍频的四倍频方式，可以使得所需压控振荡源的输出频率降为3MM波段毫米波频率的四分之一，非常有利于紧凑化集成和降低成本。当然，在其他的实施例中，低频压控振荡器1产生的微波信号的频率范围可以更小，只需要调整相应倍频次数的U波段倍频器2和W波段倍频器4，就同样可以输出3MM波段毫米波信号。例如U波段倍频器2采用三倍频器，W波段倍频器4采用二倍频器，相当于对低频微波信号进行六次倍频，所需压控振荡源的输出频率仅为3MM波段毫米波频率的六分之一，低频压控振荡器1产生的微波信号的频率范围仅为13GHZ18GHZ。0068此外，在本实施例中。
21、，将每次倍频后的信号通过低噪声放大器进行增益补偿，有效补偿了信号的变频损耗，保证了3MM波段信号源的高输出功率；且各器件均工作在较宽的说明书CN104124922A5/7页7频带范围内，可实现较宽频率范围内的3MM波段毫米波信号输出。0069需要指出的是，如图2所示，除了上述的五个基本器件，本实施例的3MM波段信号源还包括电源模块6；电源模块6至少包括第一直流电源板61和第二直流电源板62。其中0070对于第一直流电源板61，其连接于压控振荡器1、U波段倍频器2和U波段低噪声放大器3，用于向压控振荡器1、U波段倍频器2和U波段低噪声放大器3输入直流稳压供电电压，以及向压控振荡器1输入调谐电压。。
22、其中，直流稳压供电电压能够保证压控振荡器1、U波段倍频器2和U波段低噪声放大器3的正常稳定工作。而压控振荡器1产生的微波信号的频率和功率适于通过改变调谐电压来进行改变，经后续链路后能改变3MM波段信号源的输出信号。0071对于第二直流电源板62，其连接于W波段倍频器4、W波段低噪声放大器5，用于向W波段倍频器4、W波段低噪声放大器5输入直流稳压供电电压。其中，直流稳压供电电压能够保证W波段倍频器4和W波段低噪声放大器5的正常稳定工作。0072另外，电源模块6还包括第一直流供电端63和第二直流供电端64。其中0073对于第一直流供电端63，其连接于第一直流电源板61，用于向第一直流电源板61供电。
23、。0074对于第二直流供电端64，其连接于第二直流电源板62，用于向第二直流电源板62供电。0075优选地，第一直流供电端63和第二直流供电端64均为穿心电容。穿心电容能直接连接在直流电源板的金属面上，因此它的接地电感更小，几乎没有引线电感的影响；另外，它的输入输出端被金属面隔离，消除了高频耦合，具有接近理想电容的滤波效果。0076在本实施例中，可以将各组成器件高度紧凑化集成为两个相互连接的模块化结构，从而使整个结构独立通用，结构紧凑，使用方便，满足了3MM波段紧凑化、低成本信号源的需求。0077如图3和图4所示分别为本实施例的3MM波段信号源中模块化结构的立体示意图和平面示意图。其中，将压控。
24、振荡器1、U波段倍频器2、U波段低噪声放大器3、第一直流电源板61和第一直流供电端63集成在第一模块化结构100中，将W波段倍频器4、W波段低噪声放大器5、第二直流电源板62和第二直流供电端64集成在第二模块化结构200中。0078对于第一模块化结构100，其包括第一壳体101，设置在第一壳体101一侧的U波段信号输出端口102，设置在第一壳体101外的第一直流供电端63，以及设置在第一壳体101内的U波段波导微带过渡结构、压控振荡器1、U波段倍频器2、U波段低噪声放大器3和第一直流电源板61。0079其中，由于压控振荡器1、U波段倍频器2、U波段低噪声放大器3都是平面电路，U波段波导微带过渡。
25、结构能够将微波信号波导接口转化为平面电路，实现了微波信号从波导到微带的过渡。U波段信号输出端口102，用于输出U波段低噪声放大器3的输出信号。0080此外，第一模块化结构100还包括设置在第一壳体101上的第一固定螺纹孔103、连接螺纹孔和法兰盘接口，其中，法兰盘接口与U波段信号输出端口102位于第一壳体101的同一侧。在本实施例中，可以采用与第一固定螺纹孔103相适配的螺栓将第一壳体101固定装配；第一模块化结构100和第二模块化结构200通过法兰盘接口进行法兰连接。在说明书CN104124922A6/7页8其他的实施例中，连接螺纹孔用于连接其他器件，用于对第一模块化结构进行功能扩展。008。
26、1对于第二模块化结构200，其包括第二壳体201，设置在第二壳体201一侧的U波段信号输入端口202，设置在第二壳体201另一侧的与U波段信号输入端口202相对的3MM波段信号输出端口203，设置在第二壳体201外的第二直流供电端64，设置在第二壳体201内的3MM波段波导微带过渡结构、W波段倍频器4、W波段低噪声放大器5和第二直流电源板62。0082其中，由于W波段倍频器4、W波段低噪声放大器5都是平面电路，3MM波段波导微带过渡结构能够将微波信号波导接口转化为平面电路，实现了微波信号从波导到微带的过渡。U波段信号输入端口202，用于接收从U波段信号输出端口102输出的信号。3MM波段信号输。
27、出端口203，用于输出3MM波段毫米波信号。0083此外，第二模块化结构200还包括设置在第二壳体201上的第二固定螺纹孔204和两个法兰盘接口。其中一个法兰盘接口与U波段信号输入端口202位于第二壳体201的同一侧，第一模块化结构100和第二模块化结构200通过该法兰盘接口进行法兰连接。另一法兰盘接口205与3MM波段信号输出端口203位于第二壳体201的同一侧，在其他的实施例中，第二模块化结构200还可以通过该另一法兰盘接口205连接其他器件，用于对3MM波段信号输出端口203输出的3MM波段毫米波信号进行相应的处理。在本实施例中，可以采用与第二固定螺纹孔204相适配的螺栓将第二壳体201。
28、固定装配。0084此外，第一模块化结构100的第一壳体101上设有用于接地的第一接地柱105，第二模块化结构200的第二壳体201上设有用于接地的第二接地柱206。0085本发明的另一实施例涉及上一实施例的3MM波段信号源的应用，3MM波段信号源可以应用为发射3MM波段毫米波信号的3MM波段发射源，也可以应用为产生发射机和接收机的本振信号的本振信号源，还可以应用为单独的3MM波段毫米波的调频连续波源和照射源。0086综上，本发明的3MM波段信号源，通过压控振荡器1产生的微波信号，只需要产生一定频率范围的低频微波信号，对低频微波信号进行两次倍频和两次放大，就能使3MM波段信号源输出3MM波段毫米。
29、波，低频微波信号不仅较易设计实现，还能保证较高的输出功率和较宽的调谐带宽，同时大大降低了成本，因此，信号源能够获得较好的性能。0087本发明的3MM波段信号源，采用成熟的低频振荡源结合倍频方式，不仅可以获得较好的性能，调谐带宽较宽，而且可以使结构更紧凑、成本更低；例如采用二次倍频加二次倍频的四倍频方式，可以使得所需压控振荡源的输出频率降为3MM波段毫米波频率的四分之一，非常有利于紧凑化集成和降低成本。0088本发明的3MM波段信号源，将每次倍频后的信号通过低噪声放大器进行增益补偿，有效补偿了信号的变频损耗，保证了3MM波段信号源的高输出功率；且各器件均工作在较宽的频带范围内，可实现较宽频率范围。
30、内的3MM波段毫米波信号输出。0089本发明的3MM波段信号源，可以将各组成器件高度紧凑化集成为两个相互连接的模块化结构，整个结构独立通用，结构紧凑，使用方便，满足了3MM波段紧凑化、低成本信号源的需求。0090本发明的3MM波段信号源，能够应用于毫米波系统的多个部分，既可以作为3MM波段发射源使用，又可以作为发射机和接收机的本振信号源使用，还可以作为单独的调频连说明书CN104124922A7/7页9续波源和照射源使用。0091所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。0092上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。说明书CN104124922A1/3页10图1图2说明书附图CN104124922A102/3页11图3说明书附图CN104124922A113/3页12图4说明书附图CN104124922A12。