[其他]高速低相噪锁相环式频率合成器

说明书

本实用新型属于电子技术领域，适用于雷达和微波通信系统。

在高频和甚高频（VHF）通信方面用的频率合成器已很普遍，技术成熟，商品种类很多。作为仪器用的微波频率合成器也有商售。但这些合成器的频率切换速度都很慢，通常在毫秒量级或更慢。现代雷达和微波通信系统中用的频率合成器要求具有几十微秒的切换速度，同时要求具有极高的频率稳定度（或者说，极低的相位噪声）。国外已有这类频率合成器的论文及著作。例如国际电话电报公司（ITT）的奇飞兰（GILFILLAN）分部（美国）在1980年第34届频率控制年会（Proc.34th    Annual    Freguency    Control    Symposium    May    1980）上的论文“采用捷变低相噪锁相环合成器的L和S波段雷达激励器”（AnL－and    S－band    RADAR    exciter    using    agile    low    noise    phase    lorked    loop    Synthesigers）中提到的L和S波段锁相环式频率合成器采用L波段主锁相环和工作在300～409MHz的子锁相环，并由上变频器和采样鉴相器构成的S波段锁相环。具有60微秒的切换速度和－110dBC／Hz的单边带相位噪声密度载波比（1KHz偏移频率处）的相噪性能。再如惠普公司（HP公司）1984年的仪器“微波合成信号发生器”（Synthesized    Signal    Generator）HP8662A，其相噪性能达到－130dBC／Hz（1KHz偏移频率处），但是其频率切换速度在毫秒量级。见1984年HP公司手册。（1984    HEWLETT    PACKARD    Measurement，Computation，        Systems）

本实用新型就是针对要求频率切换速度高同时要求极高的频率稳定度这类应用而设计的一种微波频率合成器的核心部分——主锁相环。采用这种锁相环并配以倍频器，就可获得各常用微波频段（L、S、C、X频段）上的频率合成器。

本实用新型的电路方框图如附图1所示。其中参考信号源为高频率稳定度的石英晶体振荡器，锁相环为数字式，分频器为高速可编程数字分频器，相位检波器为数字式。参考频率经适当分频后加到相位检波器，压控振荡器（VCO）的一部分输出经过可变分频以后加到相位检波器的另一输入端。相位检波器的输出经过低通滤波和放大后作为环路的误差信号去控制压控振荡器（VCO）的振荡频率。VCO工作在超高频（UHF）频段，它的频率与相位检波器的鉴相频率相差N倍，N为可变分频比。控制N就可以改变VCO的频率。输出频率为VCO的频率，因此改变分频比N就可以改变输出频率。当环路锁定时，VCO被高稳定的石英晶体振荡器锁住，因而得到频率稳定度很高的输出信号。控制电路的输入指令信号是TTL电平的二进制数码信号。

压控振荡器（VCO）中采用了微带传输线，它的原理线路如附图2。四分之一波长传输线的终端接两只变容管D₁和D₂，振荡频率受加到变容管D₁和D₂上的电压V₁和V₂控制。振荡电路中没有集总电感器。振荡输出经缓冲放大后送给负载。缓冲放大级与振荡级直接耦合，它的输出电路是普通的微带电路，负载50Ω。整个电路制作在印刷电路板上，具有良好的抗震性能。压控振荡器的电源电路有盒内稳压装置，保证相噪性能良好。

高速可编程分频器的方框图如附图3。全部采用商售集成电路MC12009（12013）、MC10137、E10109、E10131，它的最高工作频率可以达到600MHz，而分频比N从20到600可以连续改变。若附加集成电路SP8619作为前置分频后，最高工作频率可以超过1000MHZ。

本实用新型所述的锁相环可以实现频率间隔为几兆赫的频率合成。采用这种超高频（UHF）锁相环，配以倍频器或者混频器所做成的频率合成器具有通用性强，电路单元少，设备体积重量小，成本低。

本实用新型达到如下指标：

1.在超高频（UHF）频段，单边带相位噪声密度载波器，在1KHz偏移频率处，达到－90dBC／Hz。

2.频率切换速度小于50微秒。