一种双环串联频率综合器的设计

2021-07-28李洪涛

数字技术与应用 2021年6期

李洪涛

(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081)

0 引言

频率综合器作为现代电子设备和电子系统的基础,被广泛应用于通信、雷达、干扰、遥控遥测等领域。随着电磁环境越来越复杂,测量精确的要求也日益提高,这就要求频率综合器具有宽频带和小步进的同时具有更低的相位噪声[1]。但是上述各个指标之间会互相影响,因此需要在设计时选择合适的方案来满足系统对各个指标的要求。

1 频率合成技术原理

频率合成技术是将一个基准频率信号变换为所需要的频率信号的技术。目前频率合成的方法可以分为直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成三种基本的方式[2]。但是在高指标频率综合器的设计中,一般是通过结合两种或三种频率合成方式的混合频率合成方式来得到高指标频率综合器。

2 方案设计

2.1 方案总体设计

常规的宽带小步进频率综合器一般是通过多环混频方案实现。多环混频方案至少包括一个大步进环与一个小步进环,其中大步进环实现宽带信号输出,小步进环实现小步进输出,通过多环混频可以在保证信号输出相噪极低的同时实现宽带和小步进。但是随着频率的提高,多环混频方案的设计变得越来越复杂,并且受鉴相器指标限制,难以实现极低的相位噪声。

多环混频方案相当于多个环路相加实现宽带,随着输出频带变宽,方案变得极为复杂。在此基础上。本文提出了一种双环串联方案,首先通过锁相环产生一个窄带信号,然后通过倍频及分频,通过锁相环电路将这个窄带信号搬移到全频带上。方案总体框图如图1所示,压控振荡器与窄带信号的倍频信号及分频信号多次混频后产生低频信号作为反馈信号,通过鉴相器与参考信号鉴相后控制压控振荡器锁定。

图1 总体方案框图Fig.1 Block diagram of the overall scheme

首先产生一个窄带信号FIN进入功分器1分为三路,分别产生一次混频信号Fmul1、二次混频信号Fmul2及参考信号FREF。压控振荡器输出信号FVCO经过功分器2后分为三路,其中一路作为输出信号,第二路经过分频器2分频后入鉴相器2,与参考信号进行鉴相,控制压控振荡器预置在需要频率上[3],第三路先与Fmul1进行混频,然后根据输出频率选择与Fmul2进行混频后入滤波器2或者直接入滤波器2,经滤波器2滤波后的信号Fm2入鉴相器1,与参考信号进行鉴相,控制压控振荡器锁定。开关可以根据需要切换为预置电路或锁定环路。

2.2 分支电路设计

Fmul1产生如图2所示。窄带信号经过梳状谱发生器后产生高次谐波信号[4],通过开关选择及滤波器滤波后分别选择出窄带信号的三、四、五、六次谐波,即为Fmul1。

图2 一次混频信号产生电路Fig.2 Primary mixing signal generation circ uit

Fmul2产生如图3所示,窄带信号经过八分频后入梳状谱,产生的高次谐波信号,通过开关选择及四路滤波器分别滤波后选择出1/8FIN、2/8FIN、3/8FIN、4/8FIN信号,即为Fmul2。

图3 二次混频信号产生电路Fig.3 Secondary mixing signal generation circuit

窄带信号产生如图4所示,100MHz晶振输出信号经过梳状谱电路后产生100MHz高次谐波信号,通过功分器分为两路。其中一路通过滤波器2将信号中的1400MHz信号滤出,另一路通过滤波器1将3000MHz信号滤出,信号经过DDS分频后输出125±15MHz信号入鉴相器。压控振荡器输出信号与1400MHz信号混频后经过低通滤波器滤波,中频信号入鉴相器与DDS输出信号进行鉴相,鉴相器根据两个信号的相位及频率差值输出相应电压,经过环路滤波器滤波后,控制压控振荡器锁定需要的输出频率上。