一種S波段倍頻程高性能頻率合成器的制作方法

本發(fā)明屬于頻率合成器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種S波段倍頻程高性能頻率合成器。

背景技術(shù)：

寬帶頻率合成器廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、對抗、通信、測試儀器儀表等領(lǐng)域設(shè)備，目前在頻率合成器的實(shí)現(xiàn)方法主要有數(shù)字直接合成、模擬直接合成、數(shù)字鎖相合成3種基本形式，而針對不同應(yīng)用需求的技術(shù)指標(biāo)是與合成方案緊密關(guān)聯(lián)的。

一般雷達(dá)、通信系統(tǒng)應(yīng)用的頻率合成器雖然具有低噪聲、捷變或高分辨等特點(diǎn)，但幾乎不具備倍頻程覆蓋能力；電子對抗系統(tǒng)及測試儀器儀表系統(tǒng)應(yīng)用的頻率合成器雖然具備寬帶甚至超寬帶覆蓋、高分辨或低噪聲能力，但往往都不具備捷變的特點(diǎn)，因此亟需提出一種能夠適應(yīng)各類設(shè)備系統(tǒng)及測試系統(tǒng)需求的且具備倍頻程覆蓋能力、分辨率高、捷變、低噪聲頻率的高性能頻率合成器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種S波段倍頻程高性能頻率合成器，本發(fā)明具備分辨率高、捷變、低噪聲頻率的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)措施：

一種S波段倍頻程高性能頻率合成器包括功分網(wǎng)絡(luò)電路、梳狀譜發(fā)生器電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、DDS電路、第一開關(guān)濾波放大電路、混頻電路、第二開關(guān)濾波放大電路以及接口電路，所述功分網(wǎng)絡(luò)電路的兩個(gè)輸出端分別連接梳狀譜發(fā)生器電路的輸入端、時(shí)鐘產(chǎn)生電路的輸入端，所述梳狀譜發(fā)生器電路的輸出端連接第一開關(guān)濾波放大電路的輸入端，所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路的兩個(gè)輸出端分別連接DDS電路的輸入端、接口電路的輸入端，所述第一開關(guān)濾波放大電路的輸出端、DDS電路的輸出端均連接混頻電路的輸入端，所述混頻電路的輸出端連接第二開關(guān)濾波放大電路的輸入端，所述第二開關(guān)濾波放大電路的輸出端輸出頻率為2～4GHz的信號；

所述接口電路的輸出端分別連接DDS電路的控制端、第一開關(guān)濾波放大電路的控制端、第二開關(guān)濾波放大電路的控制端；

所述功分網(wǎng)絡(luò)電路的輸入端連接恒溫晶振。

優(yōu)選的，所述第一開關(guān)濾波放大電路包括第一衰減網(wǎng)絡(luò)單元、第一十選一開關(guān)單元、第一濾波器單元、第二衰減網(wǎng)絡(luò)單元、第一二選一開關(guān)單元、第二十選一開關(guān)單元以及第一放大單元，所述第一衰減網(wǎng)絡(luò)單元的輸入端連接梳狀譜發(fā)生器電路的輸出端，第一衰減網(wǎng)絡(luò)單元的輸出端連接第一十選一開關(guān)單元的輸入端，所述第一十選一開關(guān)單元的輸出端連接多個(gè)第一濾波器單元的輸入端，每一個(gè)第一濾波器單元的輸出端分別連接一個(gè)第二衰減網(wǎng)絡(luò)單元的輸入端，每一個(gè)所述第二衰減網(wǎng)絡(luò)單元的輸出端分別連接一個(gè)第一二選一開關(guān)單元的輸入端，多個(gè)所述第一二選一開關(guān)單元的輸出端均連接第二十選一開關(guān)單元的輸入端，所述第二十選一開關(guān)單元的輸出端連接第一放大單元的輸入端，所述第一放大單元的輸出端連接混頻電路的輸入端；

所述第一十選一開關(guān)單元的控制端、多個(gè)第一二選一開關(guān)單元的控制端、第二十選一開關(guān)單元的控制端均連接接口電路的輸出端。

優(yōu)選的，所述第二開關(guān)濾波放大電路包括第三衰減網(wǎng)絡(luò)單元、第一二十選一開關(guān)單元、第二濾波器單元、第四衰減網(wǎng)絡(luò)單元、第二二選一開關(guān)單元、第二二十選一開關(guān)單元以及第二放大單元，所述第三衰減網(wǎng)絡(luò)單元的輸入端連接混頻電路的輸出端，第三衰減網(wǎng)絡(luò)單元的輸出端連接第一二十選一開關(guān)單元的輸入端，所述第一二十選一開關(guān)單元的輸出端連接多個(gè)第二濾波器單元的輸入端，每一個(gè)第二濾波器單元的輸出端分別連接一個(gè)第四衰減網(wǎng)絡(luò)單元的輸入端，每一個(gè)所述第四衰減網(wǎng)絡(luò)單元的輸出端分別連接一個(gè)第二二選一開關(guān)單元的輸入端，多個(gè)所述第二二選一開關(guān)單元的輸出端均連接第二二十選一開關(guān)單元的輸入端，所述第二二十選一開關(guān)單元的輸出端連接第二放大單元的輸入端，所述第二放大單元的輸出端輸出頻率為2～4GHz的信號；

所述第一二十選一開關(guān)單元的控制端、多個(gè)第二二選一開關(guān)單元的控制端、第二二十選一開關(guān)單元的控制端均連接接口電路的輸出端。

優(yōu)選的，所述梳狀譜發(fā)生器電路包括第一電阻，所述第一電阻的一端連接第二電阻的一端以及功分網(wǎng)絡(luò)電路的輸出端，所述第二電阻的另一端連接第三電阻的一端以及第一濾波器的輸入端，所述第一電阻的另一端、第三電阻的另一端均接地，所述第一濾波器的輸出端連接第一電容的一端，所述第一電容的另一端連接第一放大器的輸入端，所述第一放大器的輸出端分別連接第一電感的一端、第五電容的一端，所述第一電感的另一端分別連接第四電阻的一端、第四電容的一端，所述第四電阻的另一端分別連接第二電容的一端、第三電容的一端，所述第二電容的另一端、第三電容的另一端、第四電容的另一端均接地，所述第五電容的另一端分別連接第五電阻的一端、第六電阻的一端，所述第六電阻的另一端分別連接第二濾波器的輸入端以及第七電阻的一端，所述第五電阻的另一端、第七電阻的另一端均接地，所述第二濾波器的輸出端連接第六電容的一端，所述第六電容的另一端連接第二放大器的輸入端，所述第二放大器的輸出端分別連接第二電感的一端、第十電容的一端，所述第二電感的另一端分別連接第八電阻的一端、第九電阻的一端、第九電容的一端，所述第八電阻的另一端連接第七電容的一端以及電源，所述第九電阻的另一端連接第八電容的一端以及電源，所述第七電容的另一端、第八電容的另一端、第九電容的另一端均接地，所述第十電容的另一端分別連接第十一電容的一端、第三電感的一端，所述第三電感的另一端分別連接第四電感的一端、第十二電容的一端，所述第四電感的另一端分別連接第十電阻的一端、第十三電容的一端、第一二極管的負(fù)極端，所述第十一電容的另一端、第十二電容的另一端、第十電阻的另一端、第一二極管的正極端均接地，所述第十三電容的另一端連接第三濾波器的輸入端，所述第三濾波器的輸出端連接第十四電容的一端，所述第十四電容的另一端連接第一開關(guān)濾波放大電路的輸入端。

進(jìn)一步的，所述DDS電路包括第一芯片，所述第一芯片的型號為DS852，所述第一芯片的引腳1、引腳64分別連接第十五電容的一端、第十六電容的一端，所述第十五電容的另一端、第十六電容的另一端均接地，第一芯片的引腳59連接第十七電容的一端，第一芯片的引腳60分別連接第十八電容的一端、第十九電容的一端，所述第十七電容的另一端、第十八電容的另一端、第十九電容的另一端均接地；第一芯片的引腳58分別連接第十一電阻的一端、第十二電阻的一端以及第二十電容的一端，所述第十二電阻的另一端連接電源，所述第十一電阻的另一端、第二十電容的另一端均接地，第一芯片的引腳46、引腳48均連接第一變壓器的輸入端，所述第一變壓器的輸出端連接混頻電路的輸入端，第一芯片的引腳38、引腳40分別連接第二十一電容的一端、第二十二電容的一端，所述第二十一電容的另一端連接第十三電阻的一端以及第二變壓器的一端，所述第二十二電容的另一端連接第十三電阻的另一端以及第二變壓器的另一端；第一芯片的引腳33分別連接第二十三電容的一端、第二十四電容的一端、第二十五電容的一端，所述第二十三電容的另一端、第二十四電容的另一端、第二十五電容的另一端均接地。

進(jìn)一步的，所述第一變壓器的型號為TCM4-19，第二變壓器的型號為ETC1-1-13。

進(jìn)一步的，所述第一放大器的芯片型號為美國Mini-Circuits公司生產(chǎn)的ERA-3SM芯片。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)、本發(fā)明包括功分網(wǎng)絡(luò)電路、梳狀譜發(fā)生器電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、DDS電路、第一開關(guān)濾波放大電路、混頻電路、第二開關(guān)濾波放大電路以及接口電路，采用DDS電路大大提高了頻率分辨率，同時(shí)使本頻率合成器具備更好的相位噪聲性能和雜散抑制性能，梳狀譜發(fā)生器電路能夠產(chǎn)生帶寬較寬且較為平坦的諧波譜，因此本發(fā)明具備分辨率高、捷變、低噪聲頻率的特點(diǎn)。

2)、所述第一開關(guān)濾波放大電路采用了十選一點(diǎn)頻工作模式，第二開關(guān)濾波放大電路采用了二十選一開關(guān)濾波結(jié)構(gòu)，保證了每路工作帶寬不低于100MHz，且?guī)庖种贫葍?yōu)于80dB，所述第一變壓器的型號為TCM4-19，第二變壓器的型號為ETC1-1-13，因此本發(fā)明的成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明的第一開關(guān)濾波放大電路的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明的第二開關(guān)濾波放大電路的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本發(fā)明的梳狀譜發(fā)生器電路的電路原理圖；

圖5為本發(fā)明的DDS電路的電路原理圖。

圖中的附圖標(biāo)記含義如下：

10—功分網(wǎng)絡(luò)電路 20—梳狀譜發(fā)生器電路

30—時(shí)鐘產(chǎn)生電路 40—DDS電路

50—第一開關(guān)濾波放大電路 51—第一衰減網(wǎng)絡(luò)單元

52—第一十選一開關(guān)單元 53—第一濾波器單元

54—第二衰減網(wǎng)絡(luò)單元 55—第一二選一開關(guān)單元

56—第二十選一開關(guān)單元 57—第一放大單元

60—混頻電路 70—第二開關(guān)濾波放大電路

71—第三衰減網(wǎng)絡(luò)單元 72—第一二十選一開關(guān)單元

73—第二濾波器單元 74—第四衰減網(wǎng)絡(luò)單元

75—第二二選一開關(guān)單元 76—第二二十選一開關(guān)單元

77—第二放大單元 80—接口電路

R1～R13—第一電阻～第十三電阻

C1～C25—第一電容～第二十五電容

L1～L4—第一電感～第四電感

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，一種S波段倍頻程高性能頻率合成器，包括功分網(wǎng)絡(luò)電路10、梳狀譜發(fā)生器電路20、時(shí)鐘產(chǎn)生電路30、DDS電路40、第一開關(guān)濾波放大電路50、混頻電路60、第二開關(guān)濾波放大電路70以及接口電路80，所述功分網(wǎng)絡(luò)電路10的兩個(gè)輸出端分別連接梳狀譜發(fā)生器電路20的輸入端、時(shí)鐘產(chǎn)生電路30的輸入端，所述梳狀譜發(fā)生器電路20的輸出端連接第一開關(guān)濾波放大電路50的輸入端，所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路30的兩個(gè)輸出端分別連接DDS電路40的輸入端、接口電路80的輸入端，所述第一開關(guān)濾波放大電路50的輸出端、DDS電路40的輸出端均連接混頻電路60的輸入端，所述混頻電路60的輸出端連接第二開關(guān)濾波放大電路70的輸入端，所述第二開關(guān)濾波放大電路70的輸出端輸出頻率為2～4GHz的信號；所述接口電路80的輸出端分別連接DDS電路40的控制端、第一開關(guān)濾波放大電路50的控制端、第二開關(guān)濾波放大電路70的控制端；所述功分網(wǎng)絡(luò)電路10的輸入端連接100MHz的恒溫晶振。

如圖2所示，所述第一開關(guān)濾波放大電路50包括第一衰減網(wǎng)絡(luò)單元51、第一十選一開關(guān)單元52、第一濾波器單元53、第二衰減網(wǎng)絡(luò)單元54、第一二選一開關(guān)單元55、第二十選一開關(guān)單元56以及第一放大單元57，所述第一衰減網(wǎng)絡(luò)單元51的輸入端連接梳狀譜發(fā)生器電路20的輸出端，第一衰減網(wǎng)絡(luò)單元51的輸出端連接第一十選一開關(guān)單元52的輸入端，所述第一十選一開關(guān)單元52的輸出端連接多個(gè)第一濾波器單元53的輸入端，每一個(gè)第一濾波器單元53的輸出端分別連接一個(gè)第二衰減網(wǎng)絡(luò)單元54的輸入端，每一個(gè)所述第二衰減網(wǎng)絡(luò)單元54的輸出端分別連接一個(gè)第一二選一開關(guān)單元55的輸入端，多個(gè)所述第一二選一開關(guān)單元55的輸出端均連接第二十選一開關(guān)單元56的輸入端，所述第二十選一開關(guān)單元56的輸出端連接第一放大單元57的輸入端，所述第一放大單元57的輸出端連接混頻電路60的輸入端；所述第一十選一開關(guān)單元52的控制端、多個(gè)第一二選一開關(guān)單元55的控制端、第二十選一開關(guān)單元56的控制端均連接接口電路80的輸出端。

每一個(gè)第一濾波器單元53的濾波頻率均相異，每一個(gè)第二衰減網(wǎng)絡(luò)單元54的衰減值均相異。

如圖3所示，所述第二開關(guān)濾波放大電路70包括第三衰減網(wǎng)絡(luò)單元71、第一二十選一開關(guān)單元72、第二濾波器單元73、第四衰減網(wǎng)絡(luò)單元74、第二二選一開關(guān)單元75、第二二十選一開關(guān)單元76以及第二放大單元77，所述第三衰減網(wǎng)絡(luò)單元71的輸入端連接混頻電路60的輸出端，第三衰減網(wǎng)絡(luò)單元71的輸出端連接第一二十選一開關(guān)單元72的輸入端，所述第一二十選一開關(guān)單元72的輸出端連接多個(gè)第二濾波器單元73的輸入端，每一個(gè)第二濾波器單元73的輸出端分別連接一個(gè)第四衰減網(wǎng)絡(luò)單元74的輸入端，每一個(gè)所述第四衰減網(wǎng)絡(luò)單元74的輸出端分別連接一個(gè)第二二選一開關(guān)單元75的輸入端，多個(gè)所述第二二選一開關(guān)單元75的輸出端均連接第二二十選一開關(guān)單元76的輸入端，所述第二二十選一開關(guān)單元76的輸出端連接第二放大單元77的輸入端，所述第二放大單元77的輸出端輸出頻率為2～4GHz的信號；所述第一二十選一開關(guān)單元72的控制端、多個(gè)第二二選一開關(guān)單元75的控制端、第二二十選一開關(guān)單元76的控制端均連接接口電路80的輸出端。

所述接口電路80用來提供控制信號。

每一個(gè)第二濾波器單元73的濾波頻率均相異，每一個(gè)第四衰減網(wǎng)絡(luò)單元74的衰減值均相異。

如圖4所示，所述梳狀譜發(fā)生器電路20包括第一電阻R1，所述第一電阻R1的一端連接第二電阻R2的一端以及功分網(wǎng)絡(luò)電路10的輸出端，所述第二電阻R2的另一端連接第三電阻R3的一端以及第一濾波器的輸入端，所述第一電阻R1的另一端、第三電阻R3的另一端均接地，所述第一濾波器的輸出端連接第一電容C1的一端，所述第一電容C1的另一端連接第一放大器的輸入端，所述第一放大器的輸出端分別連接第一電感L1的一端、第五電容C5的一端，所述第一電感L1的另一端分別連接第四電阻R4的一端、第四電容C4的一端，所述第四電阻R4的另一端分別連接第二電容C2的一端、第三電容C3的一端，所述第二電容C2的另一端、第三電容C3的另一端、第四電容C4的另一端均接地，所述第五電容C5的另一端分別連接第五電阻R5的一端、第六電阻R6的一端，所述第六電阻R6的另一端分別連接第二濾波器的輸入端以及第七電阻R7的一端，所述第五電阻R5的另一端、第七電阻R7的另一端均接地，所述第二濾波器的輸出端連接第六電容C6的一端，所述第六電容C6的另一端連接第二放大器的輸入端，所述第二放大器的輸出端分別連接第二電感L2的一端、第十電容C10的一端，所述第二電感L2的另一端分別連接第八電阻R8的一端、第九電阻R9的一端、第九電容C9的一端，所述第八電阻R8的另一端連接第七電容C7的一端以及電源，所述第九電阻R9的另一端連接第八電容C8的一端以及電源，所述第七電容C7的另一端、第八電容C8的另一端、第九電容C9的另一端均接地，所述第十電容C10的另一端分別連接第十一電容C11的一端、第三電感L3的一端，所述第三電感L3的另一端分別連接第四電感L4的一端、第十二電容C12的一端，所述第四電感L4的另一端分別連接第十電阻R10的一端、第十三電容C13的一端、第一二極管的負(fù)極端，所述第十一電容C11的另一端、第十二電容C12的另一端、第十電阻R10的另一端、第一二極管的正極端均接地，所述第十三電容C13的另一端連接第三濾波器的輸入端，所述第三濾波器的輸出端連接第十四電容C14的一端，所述第十四電容C14的另一端連接第一開關(guān)濾波放大電路50的輸入端。

如圖5所示，所述DDS電路40包括第一芯片，所述第一芯片的型號為DS852，所述第一芯片的引腳1、引腳64分別連接第十五電容C15的一端、第十六電容C16的一端，所述第十五電容C15的另一端、第十六電容C16的另一端均接地，第一芯片的引腳59連接第十七電容C17的一端，第一芯片的引腳60分別連接第十八電容C18的一端、第十九電容C19的一端，所述第十七電容C17的另一端、第十八電容C18的另一端、第十九電容C19的另一端均接地；第一芯片的引腳58分別連接第十一電阻R11的一端、第十二電阻R12的一端以及第二十電容C20的一端，所述第十二電阻R12的另一端連接電源，所述第十一電阻R11的另一端、第二十電容C20的另一端均接地，第一芯片的引腳46、引腳48均連接第一變壓器的輸入端，所述第一變壓器的輸出端連接混頻電路60的輸入端，第一芯片的引腳38、引腳40分別連接第二十一電容C21的一端、第二十二電容C22的一端，所述第二十一電容C21的另一端連接第十三電阻R13的一端以及第二變壓器的一端，所述第二十二電容C22的另一端連接第十三電阻R13的另一端以及第二變壓器的另一端；第一芯片的引腳33分別連接第二十三電容C23的一端、第二十四電容C24的一端、第二十五電容C25的一端，所述第二十三電容C23的另一端、第二十四電容C24的另一端、第二十五電容C25的另一端均接地。

DS852芯片具備處理速度快，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

所述第一變壓器的型號為TCM4-19，第二變壓器的型號為ETC1-1-13；所述第一放大器的芯片型號為美國Mini-Circuits公司生產(chǎn)的ERA-3SM芯片。

采用100MHz的恒溫晶振作為參考頻率，其相位噪聲指標(biāo)為≤-155dBc/Hz@1KHz，長期穩(wěn)定度能達(dá)到0.1PPM的指標(biāo)，功分網(wǎng)絡(luò)電路10將100MHz的恒溫晶振功分為兩路一路送給時(shí)鐘產(chǎn)生電路30生成2400MHz的高速DDS工作時(shí)鐘及100MHz的接口工作時(shí)鐘，另一路送至梳狀譜發(fā)生器電路20同時(shí)生成包括2300MHz、2400MHz、2500MHz、2600MHz、2700MHz、3300MHz、3400MHz、3500MHz、3600MHz、3700MHz的多頻點(diǎn)信號輸出，信號經(jīng)過第一開關(guān)濾波放大電路50后輸出一個(gè)頻點(diǎn)，DDS電路40接收來自時(shí)鐘產(chǎn)生電路30的信號，生成200～300MHz的可精密跳頻信號輸出，與第一開關(guān)濾波放大電路50的輸出信號同時(shí)送給混頻電路60，混頻電路60輸出2～4GHz范圍的頻率信號送至第二開關(guān)濾波放大電路70，經(jīng)過第二開關(guān)濾波放大電路70的選頻作用后，實(shí)現(xiàn)2～4GHz范圍內(nèi)的倍頻程、高分辨、捷變、低噪聲信號輸出。

第二開關(guān)濾波放大電路以及接口電路，采用DDS電路大大提高了頻率分辨率，同時(shí)使本頻率合成器具備更好的相位噪聲性能和雜散抑制性能，梳狀譜發(fā)生器電路能夠產(chǎn)生帶寬較寬且較為平坦的諧波譜，因此本發(fā)明具備分辨率高、捷變、低噪聲頻率的特點(diǎn)。

本發(fā)明的輸出頻率范圍2～4GHz，相位噪聲≤-115dBc/Hz@1KHz，捷變時(shí)間≤1us，雜波抑制≥70dBc，諧波抑制≥30dBc，輸出功率+10dBm±0.5dB。