申请/专利权人：成都锦江电子系统工程有限公司

申请日：2019-05-15

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109975768B

主分类号：G01S7/02

分类号：G01S7/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.07.30#实质审查的生效;2019.07.05#公开

摘要：本发明涉及一种基于雷达使用的Ka波段频率合成器，包括信号源输入电路，由80MHZ晶振和耦合器串联而成，80MHZ晶振用于产生80MHZ信号，由耦合器分频得到一本振输入信号和二本振输入信号；用于输出一本振16.8GHz信号的一本振电路，用于输出二本振1.54GHz信号的二本振电路，激励信号电路，包括串联的一级放大电路和二级放大电路，所述二本振电路输出端与一60MHz中频信号混频后接入一级放大电路输入端，所述一本振电路2倍频后与一级放大电路输出端连接至所述二级放大电路输入端，所述二级放大电路用于产生35.2GHz激励信号，使用本方案用于输出适用于雷达产品的激励信号。

主权项：1.一种基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，包括：信号源输入电路，由80MHZ晶振和耦合器串联而成，80MHZ晶振用于产生80MHZ信号，由耦合器分频得到一本振输入信号和二本振输入信号；一本振电路，所述一本振电路输入端连接所述耦合器的输出端口一，一本振电路输出端输出一本振16.8GHz信号；二本振电路，所述二本振电路输入端连接所述耦合器的输出端口二，二本振电路输出端输出二本振1.54GHz信号；激励信号电路，包括串联的一级放大电路和二级放大电路，所述二本振电路输出端与一60MHz中频信号混频后接入一级放大电路输入端，所述一本振电路2倍频后与一级放大电路输出端连接至所述二级放大电路输入端，所述二级放大电路用于产生35.2GHz激励信号；所述一本振电路由介质锁相振荡器、2倍频器A、放大器A、调频器、功分器A依次串联组成，所述介质锁相振荡器输入端连接所述耦合器的输出端口一；所述二本振电路由所述耦合器依次串联的放大器B、功分器B、同轴介质振荡器、功分器C组成，所述放大器B的输入端连接所述耦合器的输出端口二；所述一级放大电路由一级混频器、一级调频器、一级放大管依次串联而成，一本振电路输出端连接所述一级混频器输入端；所述二级放大电由二级混频器、二级调频器、二级放大管、耦合器依次串联组成，所述一本振电路输出端与所述二级混频器之间串联一个2倍频器B。

全文数据：基于雷达使用的Ka波段频率合成器技术领域本发明涉及雷达领域，具体涉及一种基于雷达使用的Ka波段频率合成器。背景技术频率源是雷达系统的心脏，其中频率源的最重要的指标是相位噪声。如果频率源的相位噪声很差，那么雷达的反射波就会淹没在噪声之下，雷达的探测距离就会大大缩短，这个现象在多普勒雷达中更明显。在毫米波段，频率源的相位噪声很难做到雷达的最低要求指标-105dBc@1KHz，就用赛英的产品SIN-KaTRX5-T为例，SIN-KaTRX5-T的相位噪声才-97dBc@1KHz@35.2GHz比雷达需求的相位噪声指标差8dBc。我对该频率源方案从新设计，其指标已经可以达到-105dBc@1KHz@35.2GHz，满足雷达使用的最低相位噪声指标；并且这个指标还可进一步优化。发射激励源的改善因子I（1000Hz），极限改善因子计算公式。式中：I为极限改善因子（dB），SN为信号噪声比（dB），B为频谱分析仪分析带宽（Hz），PRF为发射脉冲重复频率（Hz）。市面上常规同类产品为I（1000Hz）≥45dB。35GHz这个频率段的常规频率源，远端相位噪声比较差。约为-110dBc@1MHz@35.2GHz、-110dBc@10MHz@35.2GHz、-110dBc@1GHz@35.2GHz。市面上毫米波接收组件通常会用谐波混频器，谐波混频器输入输出驻波非常差，而且实际工程应用中谐波混频器对本振的输入功率稳定要求非常高：1、谐波混频器输出杂散，互调非常多难以控制，必须要本振功率固定到某一值（约13dBm）时才能正常工作；2、对于雷达来讲，其工作环境在野外，气温变化为（-40ºC~70ºC），在这个温度剧烈的变化中，微波本振的功率也会随环境温度变化，所以谐波混频器不适用于雷达产品。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于雷达使用的Ka波段频率合成器，用于输出适用于雷达产品的激励信号。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于雷达使用的Ka波段频率合成器，包括：信号源输入电路，由80MHZ晶振和耦合器串联而成，80MHZ晶振用于产生80MHZ信号，由耦合器分频得到一本振输入信号和二本振输入信号；一本振电路，所述一本振电路输入端连接所述耦合器的输出端口一，一本振电路输出端输出一本振16.8GHz信号；二本振电路，所述二本振电路输入端连接所述耦合器的输出端口二，二本振电路输出端输出二本振1.54GHz信号；激励信号电路，包括串联的一级放大电路和二级放大电路，所述二本振电路输出端与一60MHz中频信号混频后接入一级放大电路输入端，所述一本振电路2倍频后与一级放大电路输出端连接至所述二级放大电路输入端，所述二级放大电路用于产生35.2GHz激励信号。进一步的，所述一本振电路由介质锁相振荡器、2倍频器A、放大器A、调频器、功分器A依次串联组成，所述介质锁相振荡器输入端连接所述耦合器的输出端口一。进一步的，所述二本振电路由所述耦合器依次串联的放大器B、功分器B、同轴介质振荡器、功分器C组成，所述放大器B的输入端连接所述耦合器的输出端口二。进一步的，所述一级放大电路由一级混频器、一级调频器、一级放大管依次串联而成，一本振电路输出端连接所述一级混频器输入端；所述二级放大电由二级混频器、二级调频器、二级放大管、耦合器依次串联组成，所述一本振电路输出端与所述二级混频器之间串联一个2倍频器B。进一步的，所述2倍频器A和2倍频器B结构参数完全相同，其由一级放大管、二级放大管、三级放大管组成；所述一级放大管、二级放大管、三级放大管共漏极电压VD；所述二级放大管、三级放大管共栅极电压Vg；所述一级放大管栅极接倍频电压Vg1，其中所述一级放大管输入P1小于-10dBm~-5dBm。进一步的，所述一级放大管、二级放大管、三级放大管型号为GaSn放大管。进一步的，所述功分器C还输出：一路80M时钟信号；一路依次串联调频器A、3倍频器、调频器B、放大器B输出240M时钟。其中，80MHz时钟信号，送到外部雷达信号处理器的时钟分配电路；240MHz送到雷达DDS阵列做参考时钟。进一步的，所述一级混频器前端连接一个中频数字模块，所述60MHz中频信号由该中频数字模块产生。本发明的有益效果是：1）本方案极大的改善了35.2GHz频率源的相位噪声，理论极限值可以优化到-111dBc@1KHz@35.2GHz，实际样机测试值为-105dBc@1KHz@35.2GHz，远高于市面上常规毫米波频率源指标-97dBc@1KHz@35.2GHz。2）、改善了毫米波雷达系统的相位噪声和极限改善因子，使毫米波水浮植物雷达系统的相位噪声达到-105dBc@1KHz@35.2GHz；雷达系统的极限改善因子优化到I（1000Hz）≥51dB，高于市面上同等条件下常规毫米波雷达的指标。3）、让雷达回波更具有相干性，和抗干扰能力。4）、将谐波混频器，改进为倍频器+GaSn（砷化镓）混频器，让频率源系统输出始终有稳定的纯净信号。5）、发明将GaSn（砷化镓）放大器改良成倍频器：1、输入的GaSn（砷化镓）放大器的频率不在放大器工作频段内；2、通过GaSn（砷化镓）放大器的工作频率段来筛选倍频输出的频率，及倍频后不用滤波器就可以作为纯净的本振信号使用；3、减少了频率源倍频通道的使用器件数量，使频率源相位噪声得到一定的优化。6）、距离频谱远端相位噪声得到极大的改良，频谱远端相位噪声优于-119dBc@1MHz@35.2GHz、-144dBc@10MHz@35.2GHz、-153dBc@1GHz@35.2GHz。7）、使用了CRO（同轴介质振荡器）技术，从而改善锁相环输出的相位噪声。8）、雷达的极限改善因子I（1000Hz）优化到≥52dB。附图说明图1为本发明的系统框图；图2为改良后的2倍频器A2倍频器B电路图；图3为GaSn（砷化镓）级联放大器的原理图图4为二级放大管、三级放大管频率响应曲线。具体实施方式下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下。如图1所示，一种基于雷达使用的Ka波段频率合成器，包括：信号源输入电路，由80MHZ晶振和耦合器串联而成，80MHZ晶振用于产生80MHZ信号，由耦合器分频得到一本振输入信号和二本振输入信号；一本振电路，一本振电路输入端连接耦合器的输出端口一，一本振电路输出端输出一本振16.8GHz信号；二本振电路，二本振电路输入端连接耦合器的输出端口二，二本振电路输出端输出二本振1.54GHz信号；激励信号电路，包括串联的一级放大电路和二级放大电路，二本振电路输出端与一60MHz中频信号混频后接入一级放大电路输入端，一本振电路2倍频后与一级放大电路输出端连接至二级放大电路输入端，二级放大电路用于产生35.2GHz激励信号。一本振电路由介质锁相振荡器、2倍频器A、放大器A、调频器、功分器A依次串联组成，介质锁相振荡器输入端连接耦合器的输出端口一。二本振电路由耦合器依次串联的放大器B、功分器B、同轴介质振荡器、功分器C组成，放大器B的输入端连接耦合器的输出端口二。一级放大电路由一级混频器、一级调频器、一级放大管依次串联而成，一本振电路输出端连接一级混频器输入端；二级放大电由二级混频器、二级调频器、二级放大管、耦合器依次串联组成，一本振电路输出端与二级混频器之间串联一个2倍频器B。80MHZ晶振产生80MHz纯净频率送给PDRO（介质锁相振荡器），由PDRO（介质锁相振荡器）介质锁相器产生一个非常高的基准频率8.4GHz，通过自己2倍频器A产生一本振16.8GHz；在将一路80MHz做参考送给PLL+CRO（同轴介质振荡器）产生出二本振1.54GHz。60MHz为中频数字模块产生出来的中频信号，将60MHz先后与二本振混频得到1.6GHz，在用1.6GHz与一本振的2倍频器B，从而得到高相位噪声的35.2GHz激励信号。激励信号35.2GHz是通过60MHz中频先后与二本振混频和一本振的2倍频器B得到的，其相位噪声指标取决于60MHz中频、二本振、一本振的2倍频中，相位噪声最差的那个。60MHz有数字模块产生，其相位噪声约-130dBc@1KHz；二本振1.54GHz由PLL+CRO（同轴介质振荡器）产生。其相位噪声约=-221+10lg80MHz+20lg19.25=-221+79+26=-116dBc@1kHz；前面2个的指标都远高于-105dBc@1KHz，所以只要一本振的2倍频相位噪声优于-105dBc@1KHz即可实现本产品的其中一个核心指标：输出激励信号相位噪声-105dBc@1KHz@35.2GHz。这个指标跟整个方案的许多细节是密不可分的，下面我来详细介绍这些细节。80MHz晶振输出采用耦合器分频方式，其原因是：1）晶振是这个世界上相位噪声最低的期间，其经过任何期间后相位噪声只能恶化，绝对不会变好；2）晶振通过耦合器的主路把参考信号送给PDRO（介质锁相振荡器），这样就能保证主路上送给PDRO（介质锁相振荡器）的相位噪声损失最小，如果用功分器的副路的影响会相对比较大；3）耦合器主路功率高，这样在高低温时主路上就不需要加放大器来稳定PDRO（介质锁相振荡器）鉴相频率的功率，而晶振输出的频率，经过放大器后，其相位噪声必定恶化很多。采用PDRO（介质锁相振荡器）模式，而不采用梳状谱（阶跃二级管）模式：1）阶跃二级管在16.8GHz这个高频段，基低噪声非常高（远端相位噪声高），其根本原因是，所有器件（包括晶振）输出的远端噪声主要是白噪声，其值为一个常数（通常晶振远端噪声=-170dBc），这个噪声通过阶跃二级管倍频后理论恶化值=20lgN=46.5dBc，及梳状谱输出16.8GHz时基底噪声理论值=-123.5dBc（由于链路中会加入放大器，这个值一般更小）；2）PDRO（介质锁相振荡器）是间接频率合成，其远端噪声只跟DRO有关系，而DRO这个期间的远端噪声=白噪声（其值为一个常数，约为-155dBc）；3）频谱近端的相位噪声有因为环路滤波器大量压制了噪声功率，所以近端相位噪声PDRO（介质锁相振荡器）也远优于阶跃二级管。总结：PDRO（介质锁相振荡器）的相位噪声远优于阶跃二级管，当频率源的相位噪声大幅度提高后，那么雷达的极限改善因子优化到I（1000Hz）优化到≥52dB。如图2所示，2倍频器A和2倍频器B结构参数完全相同，其由一级放大管、二级放大管、三级放大管组成；一级放大管、二级放大管、三级放大管共漏极电压VD；二级放大管、三级放大管共栅极电压Vg；一级放大管栅极接倍频电压Vg1，其中一级放大管输入P1小于-10dBm~-5dBm，其中，2倍频器A和2倍频器B型号为GaSn放大器。一般GaSn（砷化镓）级联放大器的原理图如图3所示，需要加载栅极电压Vg和漏极电压VD才能工作，将GaSn（砷化镓）级联放大器芯片做一些改动，将裸芯片第一级放大管的栅压线割断，然后从新引出Vg1，调节Vg1使电压使第一级放大管工作在非线性失真状态（及调节第一级放大管的P1，使输入P1小于-10dBm~-5dBm），这样第一级放大管就会产生很多N倍频信号，从而达到倍频目的，其中Vg1=1.25V。放大器倍频的同时，我们还要注意对倍频信号的筛选，这里我们用后面2级（即二级放大管、三级放大管）GaSn（砷化镓）放大器的增益曲线只工作在30~40GHz这个频段内的特性，来滤除杂散；后面2级GaSn（砷化镓）放大器频率响应曲线如图4所示。相当于将GaSn（砷化镓）级联放大器芯片第一级放大管的栅压线割断，然后从新引出Vg1，调节Vg1使电压使第一级放大管工作在非线性失真状态；2）、给GaSn（砷化镓）级联放大器芯片输入16.8GHz信号，虽然16.8GHz信号不在GaSn（砷化镓）级联放大器频率响应范围内，但第一级放大管工作在非线性失真状态，过大的输入信号能量不可能凭空消失，只能在以倍频信号的能量释放出来，所以2倍频功率很高；3）、倍频后的输出信号主要有：16.8GHz，33.6GHz，50.4GHz；4）输出的倍频信号在后面2级GaSn（砷化镓）放大器中只有33.6GHz能响应，所以其他杂散背放大器滤除了；5）、此方法利用了毫米波倍频杂散距离很远和毫米波段的GaSn（砷化镓）放大器材料相对频率带宽很窄的特性。CRO（同轴介质振荡器）的使用，改善锁相环输出的相位噪声：CRO（同轴介质振荡器）=介质压控振荡器，其优势在比晶体管VCO相位噪声高很多、更低的功耗、更好的远端相位噪声、体积比DRO小。其内部采用高Q值的CR（电阻和电容的混合电路）和变容二级管进行稳频和频率调谐综上所述，本项目的最大的特点是：1、采用80MHz参考频率；2、符合水浮植物雷达使用使用指标；3、输出激励频率35.2GHz点频；4、极限理论相位噪声优于-111dBc@1KHz@35.2GHz；5、样机相位噪声优于-105dBc@1KHz@35.2GHz，；6、极限改善因子优化到I（1000Hz）≥51dB；7、发明将GaSn（砷化镓）放大器改良成倍频器，从而优化微波链路的相位噪声（注意：输入的GaSn（砷化镓）放大器的频率不在，放大器工作频段内，这样可以通过GaSn（砷化镓）放大器的工作频率段来筛选倍频输出的频率），及倍频后不用滤波器就可以作为纯净的本振信号使用。8、使用了PDRO（介质锁相振荡器）锁相技术。9、频谱远端相位噪声优于-119dBc@1MHz@35.2GHz、-144dBc@10MHz@35.2GHz、-153dBc@1GHz@35.2GHz。10、使用了CRO（同轴介质振荡器）技术，改善了系统相位噪声。11、晶振输出采用耦合器方式，从而保证主路上的相位噪声损失最小。12、同时满足上述条件。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

权利要求：1.一种基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，包括：信号源输入电路，由80MHZ晶振和耦合器串联而成，80MHZ晶振用于产生80MHZ信号，由耦合器分频得到一本振输入信号和二本振输入信号；一本振电路，所述一本振电路输入端连接所述耦合器的输出端口一，一本振电路输出端输出一本振16.8GHz信号；二本振电路，所述二本振电路输入端连接所述耦合器的输出端口二，二本振电路输出端输出二本振1.54GHz信号；激励信号电路，包括串联的一级放大电路和二级放大电路，所述二本振电路输出端与一60MHz中频信号混频后接入一级放大电路输入端，所述一本振电路2倍频后与一级放大电路输出端连接至所述二级放大电路输入端，所述二级放大电路用于产生35.2GHz激励信号。2.根据权利要求1所述的基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，所述一本振电路由介质锁相振荡器、2倍频器A、放大器A、调频器、功分器A依次串联组成，所述介质锁相振荡器输入端连接所述耦合器的输出端口一。3.根据权利要求2所述的基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，所述二本振电路由所述耦合器依次串联的放大器B、功分器B、同轴介质振荡器、功分器C组成，所述放大器B的输入端连接所述耦合器的输出端口二。4.根据权利要求3所述的基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，所述一级放大电路由一级混频器、一级调频器、一级放大管依次串联而成，一本振电路输出端连接所述一级混频器输入端；所述二级放大电由二级混频器、二级调频器、二级放大管、耦合器依次串联组成，所述一本振电路输出端与所述二级混频器之间串联一个2倍频器B。5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，所述2倍频器A和2倍频器B结构参数完全相同，其由一级放大管、二级放大管、三级放大管组成；所述一级放大管、二级放大管、三级放大管共漏极电压VD；所述二级放大管、三级放大管共栅极电压Vg；所述一级放大管栅极接倍频电压Vg1，其中所述一级放大管输入P1小于-10dBm~-5dBm。6.根据权利要求5所述的基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，所述一级放大管、二级放大管、三级放大管型号为GaSn放大管。7.根据权利要求6所述的基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，所述功分器C还输出：一路80M时钟信号；一路依次串联调频器A、3倍频器、调频器B、放大器B输出240M时钟。8.根据权利要求1所述的基于雷达使用的Ka波段频率合成器，其特征在于，所述一级混频器前端连接一个中频数字模块，所述60MHz中频信号由该中频数字模块产生。

百度查询： 成都锦江电子系统工程有限公司 基于雷达使用的Ka波段频率合成器

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD