一种基于双谐波混频锁相的低相噪宽带频率源的制作方法

本技术涉及频率合成，特别涉及一种基于双谐波混频锁相的低相噪宽带频率源。

背景技术：

1、频率源是雷达等电子设备系统的重要组成部分，可以为发射机提供发射信号，为接收机提供本振信号，为整机提供同步相参时钟信号。频率源产生技术分为直接频率合成技术和间接频率合成技术两大类，其中间接频率合成技术又以锁相频率合成方式为主，同时这两大类频率合成技术又分别细分有数字和模拟方式。高性能频率源通常需要采取多种频率合成技术相结合的方式来实现。

2、随着雷达等电子设备系统应用场景的日趋复杂，工作频率带宽也越来越宽，甚至出现了跨倍频程的超宽带需求。而数字锁相频率合成技术的最大优势就是输出信号频率范围宽，配合其电路形式简单、频率步进小、体积小等其它优点，数字锁相频率合成技术成为了宽带频率源的首选方案。

3、为了提高基于数字锁相频率合成技术的宽带频率源的综合性能，现有技术将其它频率合成技术与其相结合，出现了多种以数字锁相为主体的宽带频率源形式，常见的主流形式有：

4、(1)以数字直接频率合成器(dds)作为参考激励数字锁相环(d-pll)，从而进一步改善频率源频率步进指标；

5、(2)以分频、倍频、混频等模拟直接频率合成技术内插数字锁相环，从而改善频率源相位噪声指标；

6、(3)将上述(1)和(2)两种形式相结合，其电路相对复杂，但能够同时改善频率源的频率步进与相位噪声两项指标，常应用于对频率源综合性能有诉求的场景。

7、现有技术的一个比较具体的实现形式为基于谐波混频的dds激励d-pll频率源，如图1所示。这种集多种频率合成技术于一体的频率源，其优点在于综合性能较好，场景适应能力强，但还是存在一定的缺陷。

8、首先，由于现有技术的dds能够产生的较高频谱纯度的信号的频率范围bdds普遍较窄，因此现有技术为了让频率源最终输出信号拥有更宽的频率范围bvco，不得不选取谐波发生器更多的谐波分量参与频率合成，从而导致图1中的单刀n掷开关和带通滤波器n的n值更大，这里的(n为正整数)。当n值逐渐增大时，将影响到频率源的电路复杂度、体积、成本等各个维度。

9、其次，如图1中的混频器的作用是将谐波发生器经过单刀n掷开关与n个带通滤波器后选通的谐波分量信号(该信号频率为flo)与压控振荡器(vco)输出信号(该信号频率为frf)变频至中频信号(该信号频率为fif)，该中频信号与dds输出信号(该信号频率为fdds)在数字锁相环(d-pll)内进行锁相，最终实现fif＝fdds。但此时，frf既可能为flo+fdds，也可能为flo-fdds，只要flo+fdds和flo-fdds未超出vco的频率范围bvco，就极易出现频率源输出的信号频率不是希望的频率的现象，这种现象可以称为镜像误锁现象。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于双谐波混频锁相的低相噪宽带频率源，可用于解决镜像误锁的技术问题。

2、本技术提供一种基于双谐波混频锁相的低相噪宽带频率源，宽带频率源包括：

3、基准信号源、第一谐波提取电路、第一镜像抑制混频器、第一单刀双掷开关、第一带通滤波器、第二谐波提取电路、第二镜像抑制混频器、第二单刀双掷开关、第二带通滤波器、直接数字频率合成器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、二功分器；

4、所述基准信号源用于产生高稳定低相位噪声的基准频率信号；

5、所述直接数字频率合成器接收来自第一谐波提取电路的时钟信号fclk，根据需要产生基带连续波信号fdds，作为鉴相器的输入参考信号，基带连续波信号fdds的频率范围为bdds；

6、所述第一谐波提取电路用于产生基准信号源输出的基准频率信号的多个谐波分量，并功分三路信号，第一路多谐波分量信号滤波选通出合适的谐波分量输出作为直接数字频率合成器的时钟信号fclk；第二路多谐波分量信号滤波选通出合适的谐波分量输出作为第二谐波提取电路的基波信号；第三路多谐波分量信号滤波选通出合适谐波分量fhc-1输出，作为第一镜像抑制混频器4的本振信号lo；

7、所述第二谐波提取电路用于将第一谐波提取电路输出的单次谐波分量作为基波信号产生多个谐波分量，再滤波选通出合适的谐波分量fhc-2输出，作为第二镜像抑制混频器的本振(lo)信号；

8、所述第一镜像抑制混频器用于将来自第一谐波提取电路的基准频率谐波分量信号fhc-1与来自第二带通滤波器的高中频信号fif-h进行混频，产生的差频信号输出端口为if_a端口和if_b端口，其中if_a端口为上边带输出端口，即来自第二带通滤波器的高中频信号fif-h的频率高于来自第一谐波提取电路的基准频率谐波分量信号fhc-1的频率，if_b端口为下边带输出端口，即来自第二带通滤波器的高中频信号fif-h的频率低于来自第一谐波提取电路的基准频率谐波分量信号fhc-1的频率；

9、所述第二镜像抑制混频器用于将来自第二谐波提取电路的基准频率谐波分量信号fhc-2与来自二功分器的输出信号fvco进行混频，产生的差频信号输出端口为if-h_a端口和if-h_b端口，其中if-h_a端口为上边带输出端口，即来自二功分器的输出信号fvco的频率高于来自第二谐波提取电路的基准频率谐波分量信号fhc-2的频率，if-h_b端口为下边带输出端口，即来自二功分器的输出信号fvco的频率低于来自第二谐波提取电路的基准频率谐波分量信号fhc-2的频率；

10、所述第一单刀双掷开关用于将来自第一镜像抑制混频器的两路信号fif_a和fif_b，依据需要选择一路信号作为中频信号fif输出至第一单刀双掷开关；

11、所述第二单刀双掷开关用于将来自第二镜像抑制混频器的两路信号fif-h_a和fif-h_b，依据需要选择一路信号作为高中频fif-h输出至第二带通滤波器；

12、所述第一带通滤波器用于将来自第一单刀双掷开关的fif信号进行信号频谱提纯，滤除所需信号频带外的包括fif-h、fhc-1在内的交调信号，输出至鉴相器；

13、所述第二带通滤波器用于将来自第二单刀双掷开关的fif-h信号进行信号频谱提纯，滤除所需信号频带外的包括fvco、fhc-2在内的交调信号，输出至第一镜像抑制混频器；

14、所述鉴相器用于将来自直接数字频率合成器的参考信号fdds，和来自第一带通滤波器的中频信号fif进行鉴相，并依据相位差输出电压upd至环路滤波器；

15、所述环路滤波器用于将来自鉴相器的电压upd经低通滤波后形成压控振荡器的控制电压uc，输出至压控振荡器；

16、所述压控振荡器用于依据来自环路滤波器的控制电压uc的大小输出对应的射频信号fvco，输出至二功分器；

17、所述二功分器用于将来自压控振荡器的射频信号fvco等功率分为两路，其中一路输出至第二镜像抑制混频器的rf端口，另一路作为输出信号。

18、进一步地，第一谐波提取电路包括依次连接的谐波发生器、三功分器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第一低噪声放大器、第一单刀n掷开关、n个谐波提取带通滤波器、第二单刀n掷开关、第二低噪声放大器；

19、谐波发生器由基准信号激励输出多个整数倍谐波分量，并由三功分器等功率分配为三路信号；一路信号经第一带通滤波器滤波提取合适的单次谐波分量信号输出，作为直接数字频率合成器的时钟信号fclk；一路经第二带通滤波器滤波提取合适的单次谐波分量信号输出，作为第二谐波提取电路的基波信号；一路经第三带通滤波器滤波提取包含n个谐波分量的信号输出，由第一低噪声放大器进行功率放大后输出至第一单刀n掷开关的公共端口；

20、第一单刀n掷开关的n个输出端口依次连接n个谐波提取带通滤波器，对应n路谐波分量信号；

21、n路谐波分量信号再经过第二单刀n掷开关选择提取一路输出，由第二低噪声放大器进行功率放大后输出。

22、进一步地，第二谐波提取电路包括依次连接的谐波发生器、第一带通滤波器、第一低噪声放大器、第一单刀m掷开关、m个谐波提取带通滤波器、第二单刀m掷开关、第二低噪声放大器；

23、谐波发生器由来自第一谐波提取电路的基波信号激励输出多个整数倍谐波分量，经第一带通滤波器滤波提取包含m个谐波分量的信号输出，由第一低噪声放大器进行功率放大后输出至第一单刀m掷开关的公共端口；

24、第一单刀m掷开关的m个输出端口依次连接m个谐波提取带通滤波器，对应m路谐波分量信号；

25、m路谐波分量信号再经过第二单刀m掷开关选择提取一路输出，由第二低噪声放大器进行功率放大后输出。

26、进一步地，n、m满足以下关系：

27、

28、n,m均为正整数，且|n+m|最小；

29、相较于单谐波混频锁相方式的

30、其中，bdds为基带连续波信号fdds的频率范围；

31、bvco为射频信号fvco的频率范围。

32、进一步地，第一镜像抑制混频器和第二镜像抑制混频器均具有双中频输出端口；

33、双中频输出端口分别为上边带混频端口及下边带混频端口，并设置有相配合的单刀双掷开关，能够选择上边带混频端口信号或下边带混频端口信号输出。

34、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

35、(1)采用双谐波混频锁相技术，相比现有技术的单谐波混频锁相技术，能够使频率源输出信号频率范围更宽，相位噪声更低；

36、(2)采用镜像抑制混频器作为混频锁相的混频器，相比普通混频器，具有指定频率源输出信号为上边带或下边带信号的能力，避免了镜像误锁现象的出现；

37、(3)减少了参与谐波混频的谐波分量的数量，从而减小了频率源的体积，降低了成本，提高了可靠性。

38、下面结合附图对本发明做进一步详细的描述