一种X波段超低相噪振荡器

技术领域

本申请涉及微波通信技术领域，具体而言，涉及一种X波段超低相噪振荡器。

背景技术

目前，传统的低相噪振荡器一般是通过取样鉴相、锁相与倍频的方式来设计的，但在实际操作中发现，一方面，取样鉴相器的生产工艺复杂、成本较高、输出稳定性不高；另一方面，锁相环式频率源的电路虽然设计简单，频率稳定度高，但相位噪声较差，且杂散也较为复杂，难以做到70dBc以上的抑制度；另外，虽然数字式频率源的频率稳定度高且可实现多波道的切换，但实现X波段信号输出的电路较为复杂，且在杂散抑制上也不甚理想。

发明内容

本申请的目的在于提供一种X波段超低相噪振荡器，用以有效的改善现有技术中存在的相噪、谐波抑制不理想导致的可靠性低的技术缺陷。

第一方面，本申请实施例提供了一种X波段超低相噪振荡器，X波段超低相噪振荡器包括：射频梳状谱电路、高频倍频电路、锁定监测模块和电源模块；射频梳状谱电路的输入端与点频基准参考信号连接，射频梳状谱电路的输出端与高频倍频电路的输入端连接，高频倍频电路输出的为X波段射频信号，电源模块的输入端与外接电源信号连接，电源模块的输出端分别与射频梳状谱电路、高频倍频电路和锁定监测模块连接。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，射频梳状谱电路包括：超低噪声放大器、第一梳状谱发生器、第一带通滤波器、第一放大器、第二带通滤波器、第二放大器、第二梳状谱发生器和第三带通滤波器，点频基准参考信号依次经过超低噪声放大器、第一梳状谱发生器、第一带通滤波器、所述第一放大器、第二带通滤波器、第二放大器和第二梳状谱发生器后接入第三带通滤波器的输入端，第三带通滤波器的输出端与高频倍频电路的输入端连接。

结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，点频基准参考信号经过所述射频梳状谱电路后，输出S波段基准频率信号。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，高频倍频电路包括：第三放大器、第四带通滤波器、第四放大器、三级倍频电路、第五带通滤波器、第五放大器、衰减器、低通滤波器和耦合器，S波段基准频率信号依次经过第三放大器、第四带通滤波器、第四放大器、三级倍频电路、第五带通滤波器、第五放大器、衰减器和低通滤波器后接入耦合器的输入端，耦合器的第一输出端输出X波段射频信号。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，高频倍频电路包括若干级滤波放大组，其中，每级滤波放大组均由带通滤波器和放大器成对排列组成。

结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，锁定监测模块包括：输入检波电路、输出检波电路和与逻辑门，输入检波电路包括：第一耦合电路、第一检波二极管和第一比较器，输出检波电路包括：第二耦合电路、第二检波二极管和第二比较器，点频基准参考信号经过第一耦合电路和第一检波二极管后接第一比较器的输入端，第一比较器的输出端与与逻辑门的第一输入端连接；耦合器的第二输出端与第二耦合电路连接，X波段射频信号经过第二耦合电路和第二检波二极管后接入第二比较器的输入端，第二比较器的输出端与与逻辑门的第二输入端连接，与逻辑门的输出端输出监测电平信号。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，第一比较器具有第一预设值，第二比较器具有第二预设值，判断点频基准参考信号经过第一检波二极管后的第一检波电压值是否大于第一预设值；以及判断X波段射频信号经过第二检波二极管后的第二检波电压值是否大于第二预设值；若判断结果至少有一个为否，与逻辑门输出低电平，若判断结果均为是，逻辑门输出高电平。

结合第一方面，在第七种可能的实现方式中，电源模块包括：第一电源滤波、DC/DC电源单元、LDO单元和第二电源滤波，外接电源信号依次经过第一电源滤波、DC/DC电源单元和LDO单元后接入第二电源滤波的输入端，第二电源滤波的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别与射频梳状谱电路、高频倍频电路和锁定监测模块连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过选择射频梳状谱电路和高频倍频电路组成的射频链路，可以将频率范围为50MHz至100MHz的点频基准参考信号扩展到X波段频段，并且保持良好的杂散抑制能力，显著提高X波段频段的综合性能水平，可以提供超低相噪的高质量振荡信号。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种X波段超低相噪振荡器的结构框图；

图2为本申请实施例提供的一种X波段超低相噪振荡器的具体电路示意图。

图标：10-X波段超低相噪振荡器，100-射频梳状谱电路，101-超低噪声放大器，102-第一梳状谱发生器，103-第一带通滤波器，104-第一放大器，105-第二带通滤波器，106-第二放大器，107-第二梳状谱发生器，108-第三带通滤波器，110-高频倍频电路，111-第三放大器，112-第四带通滤波器，113-第四放大器，114-三级倍频电路，115-第五带通滤波器，116-第五放大器，117-衰减器，118-低通滤波器，119-耦合器，120-锁定监测模块，121-第一耦合电路，122-第一检波二极管，123-第一比较器，124-第二耦合电路，125-第二检波二极管，126-第二比较器，127-与逻辑门，130-电源模块，131-第一电源滤波，132-DC/DC电源单元，133-LDO单元，134-第二电源滤波。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1和图2，本申请实施例提供了一种X波段超低相噪振荡器10，包括：射频梳状谱电路100、高频倍频电路110、锁定监测模块120和电源模块130；射频梳状谱电路100的输入端与点频基准参考信号连接，射频梳状谱电路100的输出端与高频倍频电路110的输入端连接，高频倍频电路110输出的为X波段射频信号，电源模块130的输入端与外接电源信号连接，电源模块130的输出端分别与射频梳状谱电路100、高频倍频电路110和锁定监测模块120连接。

详细地，射频梳状谱电路100包括：超低噪声放大器101、第一梳状谱发生器102、第一带通滤波器103、第一放大器104、第二带通滤波器105、第二放大器106、第二梳状谱发生器107和第三带通滤波器108，点频基准参考信号依次经过超低噪声放大器101、第一梳状谱发生器102、第一带通滤波器103、所述第一放大器104、第二带通滤波器105、第二放大器106和第二梳状谱发生器107后接入第三带通滤波器108的输入端，第三带通滤波器108的输出端与高频倍频电路110的输入端连接。

在本申请实施例中，点频基准参考信号的频率范围为50MHz至100MHz，假设，取点频基准参考信号为60MHz。60MHz的点频基准参考信号经过超低噪声放大器101放大后，经过第一梳状谱发生器102时倍频7倍，经过第一带通滤波器103、第一放大器104、第二带通滤波器105和第二放大器106后输出420MHz的基准频率信号；经过第二梳状谱发生器107时再次倍频7倍，经过第三带通滤波器108后输出频率为2940MHz的S波段基准频率信号，其中S波段的频率范围为2-4GHz。

作为一种可能的实现方式，高频倍频电路110包括：第三放大器111、第四带通滤波器112、第四放大器113、三级倍频电路114、第五带通滤波器115、第五放大器116、衰减器117、低通滤波器118和耦合器119，S波段基准频率信号依次经过第三放大器111、第四带通滤波器112、第四放大器113、三级倍频电路114、第五带通滤波器115、第五放大器116、衰减器117和低通滤波器118后接入耦合器119的输入端，耦合器119的第一输出端输出X波段射频信号。

在本申请实施例中，高频倍频电路110包括若干级滤波放大组，其中，每级滤波放大组均由带通滤波器和放大器成对排列组成，也即高频倍频电路110中带通滤波器和放大器是成对出现的，其级数可以为一级或者多级，具体的级数设置可以根据实际需求进行选择，同时高频倍频电路110内保留了多级衰减器117，可以根据输出功率要求进行选择。

频率为2940MHz的S波段基准频率信号进入高频倍频电路110后，经过高频倍频电路110中的三级倍频电路114，再通过第五带通滤波器115、第五放大器116、衰减器117和低通滤波器118后输出频率为8820MHz的X波段射频信号，其中，X波段的频段范围为8-12GHz。

输入的60MHz点频基准参考信号在整个电路过程中经过三次倍频，总共实现147次倍频，由60MHz倍频至8820MHz并输出至外部。由于本申请实施例中的点频基准参考信号的频率范围为50-100MHz，因此，该点频基准参考信号输入至本申请实施例提供的X波段超低相噪振荡器10后，输出的频率范围为7.350GHz至14.7GHz，具体的输出频率与具体输入的频率相关，输入的点频基准参考信号与输出的频率信号之间的倍数为147。

作为一种可能的实现方式，锁定监测模块120包括：输入检波电路、输出检波电路和与逻辑门127，输入检波电路包括：第一耦合电路121、第一检波二极管122和第一比较器123，输出检波电路包括：第二耦合电路124、第二检波二极管125和第二比较器126，点频基准参考信号经过第一耦合电路121和第一检波二极管122后接第一比较器123的输入端，第一比较器123的输出端与与逻辑门127的第一输入端连接；耦合器119的第二输出端与第二耦合电路124连接，X波段射频信号经过第二耦合电路124和第二检波二极管125后接入第二比较器126的输入端，第二比较器126的输出端与与逻辑门127的第二输入端连接，与逻辑门127的输出端输出监测电平信号。

具体地，锁定监测模块120可以对输入的点频基准参考信号以及输出的X波段射频信号进行功率检波。输入的60MHz点频基准参考信号通过第一耦合电路121进入第一检波二极管122进行信号检波，输出的8820MHz的X波段射频信号通过第二耦合电路124进入第二检波二极管125进行信号检波，检波后的电压值与输入该检波电路的信号功率成正相关关系，即输入至检波电路信号功率越大，经过检波电路输出的检波电压值越大。

在本申请实施例中，第一比较器123具有第一预设值，第二比较器126具有第二预设值，判断点频基准参考信号经过第一检波二极管122后的第一检波电压值是否大于第一预设值；以及判断X波段射频信号经过第二检波二极管125后的第二检波电压值是否大于第二预设值；若判断结果至少有一个为否，与逻辑门127输出低电平，若判断结果均为是，逻辑门输出高电平。

可选地，经过第一检波二极管122输出的第一检波电压值，经过第二检波二极管125输出的第二检波电压值后，不仅可以通过模数转换器将模拟信号转换为微处理器如单片机可识别的数字信号，通过单片机对输入的点频基准参考信号和输出的X波段射频信号进行功率检波。

作为一种可能的实现方式，电源模块130包括：第一电源滤波131、DC/DC电源单元132、LDO单元133和第二电源滤波134，外接电源信号依次经过第一电源滤波131、DC/DC电源单元132和LDO单元133后接入第二电源滤波134的输入端，第二电源滤波134的第一输出端、第二输出端和第三输出端分别与射频梳状谱电路100、高频倍频电路110和锁定监测模块120连接。

具体地，DC/DC电源单元132具有过压、欠压和过流保护功能，同时在输入和输出端分别设置了电源滤波，可以减小外接电源纹波对相位噪声的影响。外接电源信号为12V，12V电压通过第一电源滤波131、DC/DC电源单元132后转换成5.5V电压，5.5V电压通过LDO单元133和第二电源滤波134输出低噪声5V电压，为射频梳状谱电路100、高频倍频电路110和锁定监测模块120供电的同时，不对其产生干扰。

通过本申请实施例提供的X波段超低相噪振荡器10，可以将位于50-100MHz的点频基准参考信号扩展为7.350GHz-14.7GHz，并且输出功率＞13dBm,谐波抑制≥20dBc,杂散抑制≥70dBc，相位噪声：≤

104dBc/Hz@1kHz；≤-107dBc/Hz@10kHz；≤-110dBc/Hz@100kHz，该X波段超低相噪振荡器的封装尺寸为：≤57mm*57mm*15mm。

综上所述，本申请实施例提供一种X波段超低相噪振荡器，X波段超低相噪振荡器包括：射频梳状谱电路、高频倍频电路、锁定监测模块和电源模块；射频梳状谱电路的输入端与点频基准参考信号连接，射频梳状谱电路的输出端与高频倍频电路的输入端连接，高频倍频电路输出的为X波段射频信号，电源模块的输入端与外接电源信号连接，电源模块的输出端分别与射频梳状谱电路、高频倍频电路和锁定监测模块连接。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范单元围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。