频率源综述.doc

1、频率源综述在变频器进行频率变换时,需要有微波频率源给混频器提供本振信号，才能得到所希望的频率。因此，在卫星地球站微波设备中，微波频率源成了很重要的组成部分。1、概述卫星通信，尤其是数字卫星通信对变频器的本振源提出了较高的要求，如较高的频率稳定度、高的频谱纯度、较低的相位噪声、满足要求的输出电平、方便的多频率输出转换等。为此，变频器通常都采用微波锁相振荡器和微波合成器作为本振频率源。锁相振荡器一般用作固定频率的本振源。如上变频器中，二次变频方式中的第一本振，三次变频方式中的第一、二本振等。微波锁相振荡器（设计成压控振荡器）的输出频率的谐波上，从而使微波振荡器的频率稳定度达到与基准频率信号同一水平

2、上，同时利用锁相环路的滤波特性使标准晶振输出信号受噪声影响形成的宽带相位噪声得到较好的滤波。因此，锁相振荡器是一种既有良好频率稳定度，又有良好相位噪声特性的微波频率源。锁相振荡器因电路所用锁相环的特点，分为三种基本类型：混频锁相源、分频锁相源和取样锁相源。混频锁相方式的主要特点是低频鉴相、高频锁相，技术上比较简单，较易实现，但构成繁锁，体积较大，易出现故障。分频锁相方式也是低频鉴相、高频锁相，但锁相环路中的直流放大器存在零点飘移问题，加上分频器引起的问题，但取样锁相环具有灵活性大、寄生输出小的特点，且方案构成简单，便于设备的小型化和单元化。在地球站设备中应用最多的是取样锁相振荡器。在地球站中，

3、把输出多频率点（多波道）的微波本振源称作微波频率合成器是一种将高精确度、高频率稳定度（如基准晶振产生）的标准频率经过直接或间接频率的加、减、乘、除运算，产生出多个与标准频率有相同稳定度和准确度的离散频率输出的技术。由频率合成技术制成的频率合成吕是一促性能优良的多频率产生设备，它可以提供稳定的、频率间隔为任意的离散频率。目前，地球站设备中都毫无例外地采用微波频率合成器作为本振频率源。2、微波频率合成器的种类微波频率合成的基本方式有两种：直接式和间接式。直接式频率合成具有转换波道快的特点，但频率的四则运算是采用混频、倍频、分频等技术，因而在工作过程中会产生大量的谐波，需用滤波器来抑制，故设备结构复

4、杂，成本和体积增加。同时，高次倍频还会造成输出信噪比变坏。因此，直接式频率合成器的地球站中很少采用。间接式频率合成是运用锁相技术与数字分频等技术结合对频率进行四则运算，谐波分量是利用锁相环路的窄带滤波特性加以滤除而不采用滤波器，从而使频率合成器结构简单，造价低，并具有良好的低相位噪声特性，因而被地球站所普遍使用。间接式频率合成器的方案很多，卫星通信地球站所采用的主要有混频锁相式、取样锁相式和数字分频锁相式三种。1） 、混频锁相式微波频率合成器图 1 是某地球站所用的一种混频锁相式微波频率合成器构成方框图。其特点是微波锁相环路中采用了两次混频，低频（20MHz ）鉴相、高频（微波）锁相。在第二混

5、频中使用了一个参考数字频率合成器（115155MHz）进行输出波道选择。对于 58556355MHz 的输出范围，以 125kHz 为频率间隔，共有 4000个频点。 VCO20MHz 95175MHz1515MHz 6064805MHzn=7581MHz80MHz器路器器4倍 第 二 混 频 第 一 混 频合 成 器数 字 频 率 n倍 频晶 振5MHz 16倍 频图（1） 、混频锁相式微波频率合成器的方框图2） 、取样锁相式微波频率合成器取样锁相式微波频率合成器是在固定参考频率的取样锁相源中，用基准频率合成器取代单一基准频率的晶振或用若干块晶体构成多波道参考晶振源，构成多 VCO合 成 器

6、频 率 放 大 鉴 相 器脉 冲 倍 频 器4滤 波 器环 路 MHz5.12375.12 MHz4950450图（2） 、取样锁相式微波频率合成器方框图波道微波频率合成器。图 2 为某移动式地球站所用的微波频率合成器方案，其基准频率为 101.136112.5MHz，在 44504950MHz 的间隔输出 500 个频率点。3） 、数字分频锁相式微波频率合成器数字式频率合成器的特征是，在锁相环路中插入可变数字分频器，把压控振荡器频率分频 N 次后与基准频率进行鉴相，并采用数字控制部件来改变分频比 N，从而得到不同的频率输出。其基本方框图如图 3 所示。其中可变频器的分频比 N 是受控制电路控

7、制的（称程序分频器） ，在置定某一 N 值后，当环路锁定时，该频率合成器的输出有如下关系： 。rf0频率合成器的所有可能 N 的个数即为合成器输出总的频率点数（信道总数），而频率间隔即为 。rf VCO倍 频 器16 混 频 器 放 大 器 倍 频 器4滤 波 器波 道 选 择760260n程 序 分 频 器锁 相 环MHz10 滤 波 器环 路分 频 器40 鉴 相 器 告 警 电 路0f MHz19065“0f KHz250MHz160 MHz17901650f MHz716060z du参 考 源MHz5 步 距 ）MHz1(rf输 出图（3） 、SCPC 设备上变频 SHF 频率合成器

8、方框图 VCO倍 频 器16 混 频 器 放 大 器 倍 频 器3滤 波 器波 道 选 择 735235n程 序 分 频 器锁 相 环MHz10 滤 波 器环 路分 频 器30 鉴 相 器 告 警 电 路0f MHz2453.78“0f KHz3.MHz140 MHz16453.14780f MHz4935435z. du参 考 源MHz5 步 距 ）MHz1(rf 输 出图（4） 、SCPC 设备下变频 SHF 频率合成器方框图数字式频率合成器有其独特的优点，它是目前地球站微波频率源中应用最多的一种。在数字分频锁相式频率合成器中，压控振荡器的频率通常在微波频段，而参考频率 取决于频率间隔，其数值较小（通常不超过 5MHz） ，因而分rf频器的分频系数 N 很大，要求分频器（通常采用数字程序分频器）的工作速度极高，为降低分频器的工作频率，常在分频前插入混频器。图 3、图 4 所示分别为 C 波段数字 SCPC 地球设备中上、下变频器的高本振 SHF 频率合成器方框图。4） 、数字微波频率合成器的特点数字式频率合成器上锁相式频率合成器的一种特殊类型，因此它具备锁相环特有良好的窄带跟踪滤波特性，对输入信号的寄生干扰具有较强抑制能力，同时它兼有标准晶振的频率长稳度高和压控振荡器频率短稳度高的优点。与混频锁相式或取样锁相高，不易错锁以及选择或改换波道方便等优点。