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1、(10)申请公布号 CN 102497208 A (43)申请公布日 2012.06.13 C N 1 0 2 4 9 7 2 0 8 A *CN102497208A* (21)申请号 201110440246.7 (22)申请日 2011.12.23 H03L 7/24(2006.01) (71)申请人无锡华测电子系统有限公司 地址 214072 江苏省无锡市滨湖区无锡蠡园 开发区06-4地块（滴翠路100号）2幢 401室 (72)发明人石龙生 (74)专利代理机构杭州裕阳专利事务所(普通 合伙) 33221 代理人应圣义 (54) 发明名称 一种宽频带的X波段直接式频率综合器及信 号产生。
2、方法 (57) 摘要 本发明公开了一种宽频带的X波段直接式频 率综合器及信号产生方法，由频率精度高、相位噪 声低的晶体振荡器作为频率频标产生电路的基准 参考信号，在较低的频率上产生一系列频率间隔 较小的细点频率和间隔较大的粗点频率，通过上 变频和开关电路将细点频率插入到间隔较大的 粗点频率中，以实现数百点的跳频功能，通过上变 频、开关电路和频率选择电路输出宽频带信号，并 对杂散进行有效抑制和快速跳频。所设计的小型 隔振系统能有效地减小振动对相位噪声的影响。 本发明相对于其他频率综合器在于：工作频带， X波段大于30%，宽带范围内杂散抑制高达75dB 以上，相位噪声低，在-113-109dBc/。
3、Hz1KHz， 即使在振动情况下，相位噪声也低于-100dBc/ Hz1KHz。工作温度-55+70。重量轻，小于 3.7Kg。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2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 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种宽频带的X波段直接式频率综合器，其特征在于，包括晶体振荡器电路、频率频 标产生电路、上变频电路；所述晶体振荡器电路作为基准参考信号产生源连接所述频率频 标产生电路；所述上变频电路包括第一上变频单元、第二上变频单元、第三上变频单元、第 一开关选择电路，第二开关选择电路，第三开关。
4、选择电路、第一高波段频标、第二高波段频 标；所述频率频标产生电路输入第一低波段频标和20个细点频率于所述第一上变频单元 后得到20个低波段细点频率，输入5个粗点频率于所述第二上变频单元，输入第二低波段 频标于所述第三上变频单元；所述第二上变频单元包括第一上变频器和第二上变频器，所 述第一高波段频标和所述第二高波段频标通过第三开关选择电路连接所述第一上变频器 并通过所述第一上变频器得到频率覆盖所述频率综合器二分之一带宽的10个高波段粗点 频率，将所述10个高波段粗点频率和所述20个低波段细点频率输入所述第二变频器得到X 波段频率的具有200个跳频点的一本振输出信号，所述一本振输出信号输入第一开关。
5、选择 电路和第二开关选择电路后得到其频率覆盖范围略大于所述频率综合器二分之一带宽的 信号；所述一本振输出信号输入第一开关选择电路后输入所述第三上变频单元，所述第三 上变频单元输出频率覆盖范围等于所述频率综合器二分之一带宽的另一半一本振信号，所 述另一半一本振信号可通过第二开关选择电路输出。 2.根据权利要求1所述的一种宽频带的X波段直接式频率综合器，其特征在于，所述电 路设有隔振器。 3.应用权利要求1所述综合器的宽频带信号产生方法，其特征在于，将100MHz的晶体 振荡器电路设为基准参考信号，第一高波段频标或第二高波段频标由第三开关选择电路进 行选择，将所述频率频标产生电路产生的第一低波段频。
6、标信号、第二低波段频标信号、间隔 10MHz的20个细点频率信号分别输入到第一上变频单元、第三上变频单元和第一上变频单 元，将第一高波段频标或第二高波段频标产生的信号和所述频率频标产生电路产生的间隔 200MHz的5个粗点频率信号输入到第二上变频单元中第一上变频器，得到覆盖所述频率综 合器二分之一带宽高波段10个粗点频率信号，所述20个细点频率信号与第一低波段频标 信号通过第一上变频单元得到低波段20个细点频率信号，所述低波段20个细点频率信号 和高波段10个粗点频率信号在第二上变频单元中第二上变频器合成得到X波段频率间隔 为10MHz的200个跳频点的一本振输出信号，将该输出信号经第一开关选。
7、择电路与第二低 波段频标信号在第三上变频单元中合成得到频率覆盖范围略等于所述频率综合器二分之 一带宽的另一半一本振信号，所述一本振输出信号和所述另一半一本振信号通过第二开关 选择电路输出。 权 利 要 求 书CN 102497208 A 1/3页 3 一种宽频带的 X 波段直接式频率综合器及信号产生方法 技术领域 0001 本发明涉及通信、雷达、电子对抗、测量仪表等电子设备领域，尤其涉及雷达设备 中一种工作频带宽、相位噪声低、杂散抑制高、跳频速度快的X波段直接式频率综合器及信 号产生方法。 背景技术 0002 频率综合器是通信、雷达、电子对抗、测量仪表等电子设备的关键组成部分之一。 由于对这些。
8、电子设备的技术要求不断提高，性能优良的频综器应该具备输出频带宽、相位 噪声低、杂散抑制高、跳频速度快、环境适应能力强等特点，这也是频率综合器的发展方向。 0003 目前，绝大多数的频率综合器采用锁相式合成(PLL)。其优点是结构简单、杂散小。 由于锁相环电路的局限，其跳频时间多为数十微秒量级，无法达到1微秒的速度。如果需要 达到宽频带工作的要求，锁相式频率综合器需要相应的宽带微波压控振荡器VCO，其压控灵 敏度变化大，在环境条件变化较剧烈的情况工作稳定性差。也有少数采用直接式合成的雷 达频率综合器，虽然其相位噪声和频率捷变性也不错，但工作频带一般只有10左右。 发明内容 0004 针对上述问题。
9、，本发明提供了一种工作频带宽、相位噪声低、杂散抑制高、跳频速 度快、适应能力强的X波段直接式频率综合器及利用该频率综合器产生信号的方法。 0005 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下： 0006 一种宽频带的X波段直接式频率综合器，包括晶体振荡器电路、频率频标产生电 路、上变频电路；所述晶体振荡器电路作为基准参考信号产生源连接所述频率频标产生电 路；所述上变频电路包括第一上变频单元、第二上变频单元、第三上变频单元、第一开关选 择电路，第二开关选择电路，第三开关选择电路、第一高波段频标、第二高波段频标；所述频 率频标产生电路输入第一低波段频标和20个细点频率于所述第一上变频单元得到20个。
10、低 波段细点频率，输入5个粗点频率于所述第二上变频单元，输入第二低波段频标于所述第 三上变频单元；所述第二上变频单元包括第一上变频器和第二上变频器，所述第一高波段 频标和所述第二高波段频标通过第三开关选择电路连接所述第一上变频器并通过所述第 一上变频器得到频率覆盖所述频率综合器二分之一带宽的10个高波段粗点频率，将所述 10个高波段粗点频率和所述20个低波段细点频率输入所述第二变频器得到X波段频率的 具有200个跳频点的一本振输出信号，所述一本振输出信号输入第一开关选择电路和第二 开关选择电路后得到其频率覆盖范围略大于所述频率综合器二分之一带宽的信号；所述一 本振输出信号输入第一开关选择电路后。
11、输入所述第三上变频单元，所述第三上变频单元输 出频率覆盖范围等于所述频率综合器二分之一带宽的另一半一本振信号，所述另一半一本 振信号可通过第二开关选择电路输出。 0007 进一步的，所述电路设有隔振器。 0008 应用所述综合器的宽频带信号输出方法，其特征在于，将100MHz的晶体振荡器电 说 明 书CN 102497208 A 2/3页 4 路设为基准参考信号，第一高波段频标或第二高波段频标由第三开关选择电路进行选择， 将所述频率频标产生电路产生的第一低波段频标信号、第二低波段频标信号、间隔10MHz 的20个细点频率信号分别输入到第一上变频单元、第三上变频单元和第一上变频单元， 将第一高波。
12、段频标或第二高波段频标产生的信号和所述频率频标产生电路产生的间隔 200MHz的5个粗点频率信号输入到第二上变频单元中第一上变频器，得到覆盖所述频率综 合器二分之一带宽高波段10个粗点频率信号，所述20个细点频率信号与第一低波段频标 信号通过第一上变频单元得到低波段20个细点频率信号，所述低波段20个细点频率信号 和高波段10个粗点频率信号在第二上变频单元中第二上变频器合成得到X波段频率间隔 为10MHz的200个跳频点的一本振输出信号，将该输出信号经第一开关选择电路与第二低 波段频标信号在第三上变频单元中合成得到频率覆盖范围略等于所述频率综合器二分之 一带宽的另一半一本振信号。，将所述一本振。
13、输出信号和所述另一半一本振信号通过所述 第二开关选择电路进行选择输出。 0009 本发明的有益效果在于：由频率精度高、相位噪声低的晶体振荡器作为频率频标 产生电路的基准参考信号，在较低的频率上产生一系列频率间隔较小的细点频率和间隔较 大的粗点频率，通过上变频和开关电路将细点频率插入到间隔较大的粗点频率中，以实现 数百点的跳频功能，通过上变频、开关电路和频率选择电路输出宽频带信号，并对杂散进 行有效抑制和快速跳频。所设计的小型隔振系统能有效地减小振动对相位噪声的影响。 本发明相对于其他频率综合器在于：工作频带，X波段大于30，宽带范围内杂散抑制高 达75dB以上，相位噪声低，在-113 - -1。
14、09dBc/Hz1KHz，即使在振动情况下，相位噪声也低 于-100dBc/Hz1KHz。工作温度-55 - +70。重量轻，小于3.7Kg。 附图说明 0010 图1为本发明的结构框图； 0011 图2为本发明在频带低端偏离载频1KHz时的相位噪声测试结果图； 0012 图3为本发明的频谱曲线图。 具体实施方式 0013 下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。 0014 一种宽频带的X波段直接式频率综合器，其工作原理框图见图1，图中100MHz频 率精度高、低相噪晶体振荡器1为基准参考信号，并输入到频率频标产生电路即细点粗点 频率产生电路和低波段频标产生电路2，该电路产生间隔10。
15、MHz的20个细点频率、间隔 200MHz的5个粗点频率、第一低波段频标信号和第二低波段频标信号。将20个细点频率与 第一低波段频标输入第一上变频单元5得到低波段20个细点频率。 0015 第二上变频单元6包括两个上变频器。第一高波段频标3与第二高波段频标4频 率相差大于频率综合器的四分之一频率带宽，第一高波段频标3和第二高波段频标4由开 关控制电路9(图示中开关即为开关控制电路，开关控制电路将外部控制信号转换成开关 和滤波器组成的频率选择电路所需的控制信号，由于跳频的时间主要取决于开关速度，直 接式频率综合器可达到小于1微秒的跳频时间)进行选择。将第一高波段频标3或第一高 波段频标4和5个粗。
16、点频率输入到第二上变频单元6中第一个上变频器，得到频率覆盖频 说 明 书CN 102497208 A 3/3页 5 率综合器二分之一带宽高波段10个粗点频率，再和第一上变频单元5输出的低波段20个 细点频率在第二上变频单元6中第二个上变频器合成得到X波段频率间隔为10MHz的200 个跳频点的一本振输出信号，其频率频率覆盖范围略大于频率综合器的二分之一带宽。而 后由该信号经开关与第二低波段频标信号在第三上变频单元中合成得到频率覆盖范围略 等于频率综合器二分之一带宽的另一半一本振信号。最后实现了在X波段大于30带宽范 围有400个跳频点的一本振信号。 0016 设100MHz晶体振荡器相位噪声-。
17、155dBc/Hz，偏离载频1kHz，频率产生电路相 位噪声晶振参考相噪+201g(N)+3，式中N为谐波数，按第一低波段频标和第二低波段频 标最高频率计算。低波段频标输出最大相位噪声-155+201g(N)+3-128dBc/Hz，偏离 载频1kHz。高波段频标相位噪声晶振参考相噪+201g(N)+3，式中N为高波段频标频率 对晶振100MHz频率的倍频，按高波段频标最高频率计算。高波段频标输出最大相位噪声 -155+201g(N)+3-116dBc/Hz，偏离载频1kHz。 0017 式中n 1 、n 2 为上变频器两个输入 频率的相位噪声，单位为dBc。低波段频标电路相位噪声比高波段频标。
18、相位噪声对频率综 合器最终相噪影响较小，主要由晶体振荡器相位噪声决定，考虑到3个上变频单元相位噪 声的损失2dB后，该频率综合器相噪应可以达到-114dBc/Hz。附图2为实测X波段直接式 频率综合器在频带低端偏离载频1KHz时的相位噪声。直接式频率综合器通过多个倍频、分 频和上变频电路对频率进行加减乘除四则运算合成符合频率带宽和跳频间隔的一系列信 号。对于倍频和分频电路而言，用滤波器可以很容易输出所要的输出频率，滤除其周围的杂 散信号。但是对于上变频电路，由于其非线性，当两个信号输入后，将产生mf 1 nf 2 互调分 量频率，其中m、n为正整数1、2、3.，f 1 、f 2 为输入信号频率。
19、，除了f 1 +f 2 上变频信号为有用 信号外，其它信号分量均为杂散。如果对上变频器输入信号频率和电路选择不当，部分杂散 信号会落入滤波器通带或过渡带内，特别是输出频带很宽、频率很多的情况下杂散就更加 严重。要让所有的输出频率上杂散信号在滤波器通带外并被很好的抑制是十分困难的。因 此，杂散抑制是宽频带直接式频率综合器的关键技术。 0018 本发明中采用3个上变频单元，其中，第二上变频单元6包括有两个上变频器，具 体设计的方法是先要计算出每个上变频器输出频率f 1 、f 2 所有互调分量的频率，然后计算 经过滤波器后的杂散输出。通过选择合理的上变频器输入频率、合理的器件以及合适矩形 系数的带通。
20、滤波器可以满足整个频带内所有输出频率达到杂散小于-75dB的要求。图3为X 波段直接式频综器频谱曲线，直接式频率综合器的跳频时间主要是由开关的转换时间和滤 波器和电路的延迟时间决定。由于开关的转换时间小于100ns，滤波器的时间与带宽有关， 本频综器滤波器的带宽都大于10MHz，因此滤波器的延迟时间很短。本频综器的跳频时间 主要由开关转换时间决定。直接式频率综合器由两个模块组成，为了改善产品的抗震性能， 防止盒体及电路元器件在振动频率范围可能出现的共振，增强了外部框架和内部连接的刚 度，增加电路板螺钉的数量和印制板的厚度。由于使用条件的限制，在结构设计方面对振动 敏感器件和电路，用小型化隔振器进行隔振设计，此类隔振器谐振频率低。对这部分器件、 电路单独做振动试验相噪恶化约69dBc/Hz，隔振效果较好。 0019 本发明专利不仅限于上述实施例所示的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内 所作的任何修改、等同替换或者改进等，均应该包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书CN 102497208 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102497208 A 2/2页 7 图3 说 明 书 附 图CN 102497208 A 。