频率源综述
频率基准源
频率基准源1. 什么是频率基准源？频率基准源是指用于校准和比较其它设备或系统频率的标准。
它提供了精确、稳定的频率信号，用于设备的时间测量和同步。
频率基准源通常使用原子钟或其他高精度频率源来产生准确的信号，以确保各种设备和系统的一致性和精确性。
2. 频率基准源的应用2.1 通信系统在通信系统中，频率基准源被用于同步不同设备之间的通信。
例如，在无线电通信中，基站和移动设备之间的通信需要使用相同的频率。
频率基准源可以确保移动设备和基站之间的频率同步，从而实现高质量的通信。
2.2 测量和科学实验在测量和科学实验中，频率基准源被广泛用于时间测量和数据采集。
例如，在物理实验中，精确的时间同步对于测量粒子碰撞事件的发生时间非常重要。
频率基准源可以提供高精度的时间信号，确保实验结果的准确性和可重复性。
2.3 定位和导航系统在定位和导航系统中，频率基准源被用于同步不同卫星发射的导航信号。
例如，在全球定位系统（GPS）中，频率基准源确保接收机能够准确地计算卫星信号的传播时间，从而确定接收机的位置。
3. 常见的频率基准源3.1 原子钟原子钟是最精确的频率基准源之一，它使用原子的振荡频率作为时间的参考。
原子钟通常使用铯或氢原子的振荡频率来生成准确的时间信号。
原子钟的精度非常高，通常可以达到每天误差在纳秒级别。
3.2 GPS全球定位系统（GPS）也可以作为频率基准源使用。
GPS接收机能够接收到来自多颗卫星的导航信号，并计算出导航信号的传播时间。
通过比较多颗卫星的导航信号，GPS接收机可以生成准确的时间信号。
3.3 光纤频率梳光纤频率梳是一种使用光纤激光器和非线性光学效应生成频率参考的设备。
光纤频率梳的频率非常稳定和准确，通常可以达到每天误差在飞秒级别。
它被广泛应用于科学研究和测量领域。
3.4 钟控振荡器钟控振荡器是一种通过与原子钟或GPS接收机同步来校准频率的设备。
它使用反馈回路控制振荡器的频率，以使其与参考源保持同步。
微波频率源的研究与发展
微波频率源的研究与发展作者：马俊合张辉于为来源：《科学与财富》2016年第16期摘要：随着科技的进步，人们生活水平的提高，现在我们已经完全进入了电子信息时代。
在这个电子信息时代中，有一样东西必不可少，那就是微波频率源，它是各种电子系统的核心部件，运用在电子通信的各个领域。
尤其在近几年，随着人们对其深入的研究，微波频率源有了本质的发展。
本文主要对微波频率源的概念、研究进展以及未来的发展进行了阐述，旨在在人们更加了解微波频率源。
关键词：微波频率源；研究；形式；发展近些年来，微波频率源被广泛应用在雷达、通信、仪器仪表、空间电子设备等各个领域，微波频率源的好坏是评判上述物件的重要指标。
随着数字通信技术的发展，微波频率源也得到了很大的发展，出现了各种形式的微波频率源。
在这个电子通信遍布全球的背景下，如何更好的运用微波频率源也成为了一个重要的课题。
一、微波频率源的概念微波频率源指的是通过非线性的有源器件和无源电路，把直流功率转换成稳定的RF正弦信号的部件。
它的主要指标包括：微波频率源的工作频率、输出功率、调谐范围、谐杂波抑制度等。
其中微波频率源的工作频率主要包括频率稳定度、负载牵引和相位噪声，频率稳定度的单位是ppm/℃，载牵引是指当振荡器和负载紧紧耦合时，震荡的频率会受负载的影响；输出功率主要有带内功率平坦度和输出功率电平；调谐范围使用调谐灵敏度来衡量的，单位是MHz/V。
微波频率源现在主要被应用在雷达、通信、仪器仪表、空间电子设备、导航仪器等。
二、微波频率源的几种形式（一）倍频式数字锁相合成方式倍频式数字锁相合成方式是通过数字分频锁相的方法来产生频率可以灵活变化的的微波信号，然后将此信号倍频至所需的频率上。
这种频率源的优点是：设置较为简单，仅需一个数字锁相环，就可以产生多点频率跳变，所需设备量少；但相应的缺点也比较明显，就是这种频率源的相位噪声指标一般不会做的很高，也就能达到-85dBc/Hz到-90dBc/Hz@1kHz.主要的原因是因为这种锁相方式是直接将一个微波频率源分频至几十MHz的中频上进行锁相，分频相对较大，除了在理论上回产生较大的相位噪声损失外，还会产生较大的附加相位噪声。
锁相 频率源
锁相频率源锁相频率源是一种用于提供稳定、精确的频率信号的设备。
它在许多领域都有广泛的应用，如通信、测量、科学研究等。
本文将介绍锁相频率源的原理、工作方式以及其在实际应用中的一些案例。
我们来了解一下锁相频率源的原理。
锁相频率源利用了反馈控制的原理，通过对输入信号进行相位比较和调整，使得输出信号的频率与输入信号的频率保持一致。
其基本原理是将输入信号与参考信号进行相位比较，然后根据比较结果对输出信号的相位进行调整，最终使得输出信号的相位与参考信号的相位保持恒定。
锁相频率源的工作方式可以分为三个步骤：相位比较、相位调整和反馈控制。
首先，输入信号和参考信号经过相位比较器进行比较，得到一个误差信号。
然后，将误差信号输入到相位调整器中，通过调整输出信号的相位来减小误差。
最后，将调整后的输出信号反馈给相位比较器，形成一个闭环控制系统，使得输出信号的频率与输入信号的频率保持一致。
在实际应用中，锁相频率源有着广泛的应用。
首先，它可以用于通信系统中的频率合成器，用于产生稳定的射频信号。
其次，它还可以用于测量系统中的时钟同步，通过控制各个测量设备的时钟信号，实现精确的时间同步。
此外，锁相频率源还可以应用于科学研究中的精密测量，如原子钟、激光干涉测量等。
以通信系统为例，锁相频率源可以用于产生稳定的射频信号，保证通信信号的质量和稳定性。
在无线通信系统中，锁相频率源可以用于产生基带信号和载波信号，通过调整相位和频率，使得信号在发送和接收过程中保持同步。
这样可以提高通信系统的传输速率和可靠性。
在测量系统中，锁相频率源可以用于时钟同步，保证各个测量设备的时钟信号一致。
在科学研究中，锁相频率源可以用于精密测量，如原子钟和激光干涉测量。
原子钟是一种利用原子的振荡频率来进行时间测量的装置，锁相频率源可以用于产生稳定的参考信号，保证原子钟的精确性和稳定性。
激光干涉测量是一种利用激光的干涉原理进行长度测量的方法，锁相频率源可以用于产生稳定的激光信号，保证测量的精确性和稳定性。
频率源综述
频率源综述高树廷刘洪升本文对频率源的类型和它们的基本原理并对频率源的重要性关键词它的好坏直接影响雷达通讯仪表等的性能指标它们的电子系统性能好频谱分析仪这些仪表的关键技术是有一个好的频率源有关单位就展开了频率合成技术的研制工作因技术难度大到了80年代国内整机单位因工程需要这些研制班子经过20多年的奋斗研制班子变动多次频率综合技术与发达国家相比这足够证明频率源技术的难度2.频率源简介频率源是用来提供各种信号的电子设备随着电子技术的发展即相位噪声越来越低它们的频率稳定度一般在10-5以上`¼´ÆµÂÊ×ÛºÏÆ÷¸ÃƵÂÊÔ´ÓÐÈçÏÂÌصãÄ¿Ç°×îСƵÂʲ½½øÄÜ×öµ½uHZÓÈÆä¶ÌÎÈc. 自动化使用灵活方便自激振荡源和合成频率源常见的自激振荡源有晶体振荡器介质振荡器YIG振荡器和波形产生器等调谐带宽表1给出他们的区别和特点技术含量高合成频率源主要优点是频率稳定度高甚至比原子钟的相噪还低控制方便缺点造价高合成频率源一般可分为四大形式直接数字式频综它们的优缺点由表2给出项目相噪杂散频率步进工作频率跳频速度调制能力体积重量成本直接模拟式很好较难抑制很难做小全频段快有限大高直接数字式好很难抑制很小低快方便小较低间接模拟式好好较难做小全频段慢有限较小较高间接数字式较好较好较小较低慢有限小低2.2 合成频率源的主要技术指标合成频率源的输出频率范围输出波形和调制状态电源下面仅对相噪频率步进和跳频时间四项做一简介相噪就是短期频率稳定度是输出频率两边富氏频率的函数记为-dBc/HZËüÖ±½ÓÓ°ÏìÏÖ´úµç×ÓϵͳµÄÐÔÄÜÓ°Ïì½ÓÊÕ»úµÄ¼ì²âÄÜÁ¦ÏàλÔëÉùµÄ´óСÓëÊä³öƵÂÊÓйØ既按20lgN变坏杂散又没有被充分的抑制掉一般用偏离输出频率多少频率上的频谱功率表示它也是合成频率源的一项重要技术指标一般要求-60dBc频率步进是一个频率点一个频率点合成出来的把起始频率到终止频率叫最大频率步进也就是频率捷变时间这段时间叫跳频时间一般用相位差定义以上四项技术指标是合成频率源中最重要的技术指标3.合成频率源的基本原理合成频率源的合成方法不同分直接模拟式间接模拟式和间接数字式四种简介如下归纳起来都是对基准频率进行各种各样的加减乘除倍频器可视为对频率相乘通过对频率进行加减乘除产生出各种新频率经放大器这种方法也是经典方法目前100MHZ晶振市场上能买到-169dBc/HZ@10kHZ的产品杂散决定滤波器的好坏和电磁兼容性设计的合理程度目前开关速度一般在几十nus到几百nus¿ª¹ØµÄͨ¶Ï±ÈÏÖÔÚÒ»°ã¶¼ºÜºÃÕâÖÖƵ×ÛÈç¹û²½½ø̫СÂ˲¨Æ÷Ò²ºÜÄÑÉè¼Æ³É±¾¸ßÊÇÖ±½ÓÄ£ÄâʽƵ×ÛµÄÖ÷ҪȱµãDDSDDSËüʹÓÃÊý×Ö¼¼ÊõÍê³ÉƵÂʺͲ¨ÐεĺϳɾßÌå½²°Ñ²¨Ðεķù¶È²ÎÊýºÍÏàλÐÅÏ¢¹¤×÷ʱ°´ÒªÇó¹æÂÉÈ¡³öÐÅÏ¢Êý¾ÝÔÙ¾-¹ýÂ˲¨¾ÍÍê³ÉÁËÖ±½ÓÊý×ÖʽµÄºÏ³É¾Í´æÔÚÁ¿»¯¾«¶ÈÎÊÌâ免的数字量存在造成某些情况下不可避免的幅度失真和相位失真采取相应措施但必定不能彻底消除图1. DDS原理框图这种用DDS技术做成的频综跳频速度快调制灵活目前输出频率不高基本原理框图如图1所示在时钟的控制下相位累加器在频率码控制下进行相位线形累加经过D/A变换得到相对应的幅度阶梯波形3.3间接模拟式基本原理间接模拟式频率源主要是利用模拟锁相环锁定VCO来实现频率合成所以间接式频率源跳频时间比直接式慢锁相环可等效为窄带滤波器基本原理框图如图2所示所以相噪较好体积较大由图看出将VCO频率平移到中频频段混频后信号经放大器再与晶振产生的一系列频率标准进行同频鉴相使VCO输出频率相位跟综晶振相位利用频率控制实现不同频率锁定和频率捷变当VCO频率不高时也可以不使用倍频器和混频器f c倍频器频率控制码图2 间接模拟式频综原理图3.4 间接数字式基本原理间接数字频率源是由数字锁相环构成的就是在锁相环内插入数字分频器和数字鉴相器吞除脉冲分频器和小数分频器成本低使用方便可靠大量应用在通信技术中因为锁相环内使用了分频器分频次数N越大一般按20lgN 变坏使用小频分频器相对比吞除脉冲分频器好一些从图3中看出目的是把VCO频率除到鉴相器基准频率fr左右鉴相器输出通过积分滤波电路变成模拟电压控制VCO频率看出当N越大经鉴相器后等效把VCO相位不稳定度放大了N倍图3 间接数字式频率源原理框图5.频率源的发展和重要性频率源技术近30年发展很快低杂散技术和DDS 技术突飞猛进杂散几年就降低一个数量级在国内该技术发展并不理想耗资大所以西方人40年代就提出的频率合成观念在国内目前还主要靠进口频谱分析仪还有合成频率源中的关键元器件微波小体积滤波器近20年发展起来的DDS 合成技术更是如此该合成技术尽管目前还有一些缺点解决了一些其它合成技术无法解决的技术难题 频率源的好坏直接影响微波系统高频系统的性能例如在雷达系统中接收机本振信号因此可以说频率源是现代微波和高频电子系统的心脏频率源在现代电子系统中是非常重要的它的关键技术就是低相噪设计和低杂散设计及实现这些设计的电磁兼容保证措施不论是方案设计还是电磁兼容设计甚至印制板设计因为低相噪全面考虑才能达到目的只靠一个合理的方案和一个满足要求的低相噪晶振还是不行的正确的印制板设计及精心的调试技术才能全面保证达到低相噪不仅要有一个正确的方案合理的元器件选择高带外抑制的滤波器7.结束语本文对频率源的各个方面作了简介但是与国外相比我们落后很多比如仪器通信业等等这对我国的现代化国内研制单位尽管很多并没有真正掌握其关键技术知识面又较宽为我国的国防事业做出更多贡献上述观点仅是自己的一点体会难免有错参考文献12002年度 中国兵器工业二零六研究所第八研究室低噪声频率合成 3 高树廷 刘洪升 微波电磁兼容第六届全国学术会议 2002年银川分频器注。
文献综述与开题报告(样例)
文献综述与开题报告1.文献综述1.1 频率合成技术简介频率合成是指从一个高稳定的参考频率, 经过各种技术处理, 生成一系列稳定的频率输出。
频率合成的概念就是由一个或几个参考频率通过一些转换, 产生一个或多个频率信号的过程。
频率合成技术一般分为直接式(DS)、间接式(PLL)和直接数字式(DDS)三种基本形式。
早期的频率合成采用直接式的方式, 是由一个或多个晶体震荡器经分频、倍频、混频对一个或几个基准频率进行加、减、乘、除运算产生所需要的频率信号, 并通过滤波器产出, 这是最早的频率合成信号源的方法。
目前该方法仍在使用, 主要是因为它频率转换速度、相位噪声低, 比较容易实现。
但是该方式涉及的合成器体积过于庞大, 而且成本较高, 结构复杂、产生任意波形的可控性较低。
间接合成式是基于锁相环的原理, 即PLL。
它与前者相比, 输出频率的稳定度和准确度都有明显的提高, 频谱纯度等性能也有较大改善。
主要是因为信号源的振荡频率被固定在频率计数器的时基上, 也就是说以稳定度高的振荡器为基准。
因此, 锁相环的输出频率就与基准频率一致, 振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为固定的常数, 而且锁相环的突出优点是能够抑制叠加到输入信号上的噪纠。
这是直接式频率合成方法所不能达到的。
PLL还有体积小、性价比较高等一系列优点。
但是PLL技术也有明显的缺点, 采取闭环控制, 系统的输出频率改变后, 重新达到稳定的时间也就比较长, 一般为毫秒级, 很难满足高频率分辨率与快速转换率同时具备的要求, 因此也有明显瑕疵。
直接数字频率合成技术从原理上实现了突破。
前两种方法都是通过对基准频率进行运算得出, 而DDS技术则是从相位的概念进行频率合成。
它按一定的相位间隔, 将待产生的波形幅度的二进制数据存储于高速存储器作为查找表, 用参考频率源(一般为晶体振荡器)作为时钟, 用频率控制字决定每次从查找表中取出波形数据的相位间隔, 以产生不同的输出频率, 对取出的波形数据通过高速D／A转换器来合成出存储在存储器内的波形。
频率源综述
频率源综述
高树廷;刘洪升
【期刊名称】《火控雷达技术》
【年(卷),期】2004(033)001
【摘要】简单分析频率源的类型和它们的基本原理,重要技术指标以及优缺点.并对频率源的重要性,技术难点和设计中的要点作了阐述.
【总页数】4页(P43-46)
【作者】高树廷;刘洪升
【作者单位】西安电子工程研究所,西安,710100;西安电子工程研究所,西
安,710100
【正文语种】中文
【中图分类】TN74
【相关文献】
1.频率源相位噪声对频率步进雷达系统性能的影响 [J], 苏敏;孙厚军
2.一种W频段频率步进雷达频率源的相位补偿方法 [J], 毕波;张永杰;李民;朱淮城
3.基于ADF4350锁相频率合成器的频率源设计与实现 [J], 徐述武;汪海勇;唐云峰
4.用单片机实现的TTL电平频率(转速)源及频率(转速)计 [J], 孙勇;刘国瑛
5.便携式低频频率计及频率源的软件设计 [J], 孙勇;姜晓路
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频率源 英文缩写
Frequency sources, often abbreviated as FREQ SRCs, play an integral role in various scientific, technological, and industrial applications due to their precision, stability, and reliability. They serve as the backbone for synchronization, calibration, and timekeeping in a wide array of systems. This essay provides a detailed analysis of high-quality and high-standard frequency sources from multiple perspectives.**1. Definition and Types**FREQ SRCs refer to devices or systems that generate electrical signals with a precise frequency, which can be either fixed or tunable. Key types include:- **Atomic Clocks**: The epitome of high-precision frequency standards, atomic clocks like Cs (cesium) and H-masers, rely on the natural resonance frequencies of atoms to achieve extraordinary accuracy and stability.- **Oscillators**: Quartz crystal oscillators (XOs) and temperature-compensated crystal oscillators (TCXOs) offer excellent short-term stability. Oven-controlled crystal oscillators (OCXOs) take it a step further by maintaining a constant temperature, thereby improving long-term stability.- **Synthesizers**: Phase-locked loop (PLL) frequency synthesizers are programmable and can generate a range of frequencies based on a stable reference oscillator.- **MEMS Oscillators**: Micro-electromechanical system (MEMS) oscillators represent a newer technology that combines the benefits of traditional quartz oscillators with the advantages of integrated circuit design.**2. Quality Parameters**The quality of a frequency source is primarily gauged by its accuracy, stability, jitter, and phase noise.- **Accuracy**: It refers to how close the generated frequency is to its intended value and is usually measured against an international standard such as Coordinated Universal Time (UTC).- **Stability**: This parameter indicates how consistently the oscillator maintains its frequency over time. High-quality frequency sources exhibit lowdrift rates and excellent long-term stability.- **Jitter**: It's a measure of short-term variations in the period of a signal and is critical in digital communications and timing-sensitive applications.- **Phase Noise**: It's a form of random fluctuation of the phase of a waveform and affects the spectral purity of the output signal.**3. Technological Advancements and Standards**High-standard frequency sources meet stringent specifications set by regulatory bodies like International Telecommunication Union (ITU) and National Institute of Standards and Technology (NIST). Continuous advancements in materials science, semiconductor technologies, and atomic physics have led to increasingly accurate and stable frequency sources.For instance, optical atomic clocks, utilizing lasers and ultra-cooled atoms, have achieved unprecedented levels of accuracy, pushing the boundaries of what’s possible in timekeeping and navigation systems. Similarly, improvements in MEMS technology promise miniaturized, low-power, yet highly stable frequency sources for IoT and wireless communication devices.**4. Applications and Importance**High-quality frequency sources are indispensable across numerous sectors: - Telecommunications: In GPS, cellular networks, and satellite communications, they ensure synchronization and proper transmission/reception of data.- Aerospace & Defense: Navigation, radar systems, and secure military communications heavily rely on extremely precise frequency references.- Scientific Research: Atomic clocks are used for fundamental physics research and contribute to the realization of International System of Units (SI) base units.- Data Centers and Computing: High-stability frequency sources are vital for clock distribution in high-speed digital circuits and servers to maintain data integrity.In conclusion, high-quality and high-standard frequency sources are cornerstones of modern technology. Their performance characteristics directly impact the efficiency, functionality, and reliability of countless systems worldwide. As technology continues to evolve, so does the demand for even more precise and robust frequency sources, driving ongoing innovation and refinement in this crucial domain.。
频率计文献综述
文献综述一．课题来源及研究的目的和意义数字频率计已经广泛应用于高科技等产品上面，可以不无夸张的说没有不包含有频率计的电子产品。
我国的CD、VCD、DVD和数字音响广播等新技术已开始大量进入市场；而在今天这些行业中都必须用到频率计。
到今天频率计已开始并正在向智能、精细方向的发展，因此系统对电路的要求越来越高，传统的集成电路设计技术已经无法满足性能日益提高的系统要求。
在信息技术高度发展的今天，电子系统数字化已成为有目共睹的趋势。
从传统的应用中小规模芯片构成系统到广泛地应用单片机，直至今天FPGA/CPLD在系统设计中的应用，电子技术已迈入一个全新的阶段。
而在电子技术中，频率是最基本的参数之一，而信号的频率往往与测量方案的制定、测量结果都有十分密切的关系，所以测频率方法的研究越来越受到重视。
数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。
在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。
在CMOS电路系列产品中，数字频率计是用量最大、品种很多的产品，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。
EDA技术是面向解决电子系统最基本最底层硬件实现问题的技术，通过设计输入编辑、仿真、适配、下载实现整个系统硬件软件的设计过程。
通过EDA技术设计者不但可以不必了解硬件结构设计, 而且将使系统大大简化, 提高整体的可靠性，再加上其设计的灵活性使得EDA技术得以快速发展和广泛应用。
二、主要研究内容1、研究内容数字频率计用于对方波、正弦波、三角波的测量，并将结果用十进制数字显示，本设计的应达到的技术指标有：1)频率测量范围：10HZ~100MHZ；2)测量分辨率：1HZ；3)测量通道灵敏度：50mVpp；4)通道输入阻抗：不小于100KΩ；5)测量误差：±1；2、测量方案（1）测频原理选择目前常用测量频率原理有三种：直接测量频率方法、直接与间接测量相结合的方法和多周期同步测量法。
课题：L波段频率源设计
设计框图
锁相环芯片
PE3240主要电路性能 主要电路性能 • 双模前置分频器 或11分频 ； 双模前置分频器(10或 分频 分频)； • 9位M和4位A吞脉冲计数器； 位 和 位 吞脉冲计数器 吞脉冲计数器； • 6位R参考频率计数器； 位 参考频率计数器 参考频率计数器； • 低电源电压 V供电； 低电源电压+3 供电 供电； • 输出频率范围为 输出频率范围为200～2200 MHz； ～ ； • 参考频率最高为 参考频率最高为100 MHz； ； • 三线串行编程模式。 三线串行编程模式。
环路滤波器
• • PE3240需要外接环路滤波器和压控振荡器 PE3240需要外接环路滤波器和压控振荡器 才能构成一个完整的频率综合器。 才能构成一个完整的频率综合器。 本设计利用低噪声运放OP27及R，C元件组 及 ， 元件组 本设计利用低噪声运放 成一阶有源比例低通滤波器实现。 成一阶有源比例低通滤波器实现。
课题： 课题：L波段频率源设计
指导教师： 指导教师：陈晓维
班级：07信息2班 姓名：段宝龙 学号：200627154
概述
• 波段频率源是指产生1 GHz频率的发 L 波段频率源是指产生 1-2GHz 频率的发 生器，已广泛应用于通信、导航、电子侦查、 生器 ， 已广泛应用于通信 、 导航 、 电子侦查 、 电子对抗、遥控遥测及现代化仪器仪表等领 电子对抗 、 域中。 域中。 • 本设计利用锁相倍频技术实现频率合成， 本设计利用锁相倍频技术实现频率合成 ， 产生L波段频率。主要介绍了频率合成器、 产生L波段频率。主要介绍了频率合成器、锁 相环的工作原理以及各单元电路的实现率间隔可预设、 因为设计要求频率间隔可预设 、 输出 频率范围可调， 所以本设计采用了AT89C AT89 频率范围可调 ， 所以本设计采用了 AT89C51 单片机通过串口与锁相环芯片PE3240连接 PE3240连接， 单片机通过串口与锁相环芯片PE3240连接， 通过控制R 通过控制 R 、 M 、 A 来实现频率间隔可预设输 出频率范围可调。 出频率范围可调。
微波频率源-上
振荡器的相位噪声（P509—§12.3）
• 相位噪声的定义 • 稳频锁相技术（扩充内容） • 锁相频率合成技术
2
频率源概述
微波频率源是微波应用系统的心脏，对微波应用系统 的性能有着重要影响！
DC
~
调谐电源
RF
使用非线性有源器件以及无源电路，将直流功率转换 为稳定的RF正弦信号 •晶体管振荡电路 • 偏置于负阻状态的晶体管和二极管 • 频率倍增器件
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3、微波负阻振荡器-频率稳定度
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3、微波负阻振荡器-频率稳定度
提高频率稳定度的措施： 1、减小外界变化因素：减小机械振动、电源电压变化以及环境温度变化 等因素的影响 2、减小电路参数随外界因素的变化 3、提高腔体的Q值 4、外腔稳频法 附加高稳频腔与振荡器耦合，增加谐振回路的总的储能，提高频率稳定度 5、注入锁定 利用频率牵引原理，用稳定度高的小功率振荡器去控制稳定度较低的大功 率振荡器 6、环路锁相法
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4、微波晶体管振荡器-介质谐振器稳频
（2）输出反射式
右图是输出反射式介质 稳频振荡器电路示意图。 其 中 ， FET 的 栅 极 接 一 段 小 于 λ g/4 开 路 微 带 线，等效在栅极接一个 电容Cg ，漏栅极之间接 正反馈电容Cgd ，使FET 电路构成自激振荡器； 而在输出微带线附近耦 合一个高Q介质谐振 器，它作负载的一部 输出反射式介质稳频振荡器 分，一方面提高了振荡 （a）振荡器电路；（b）等效电路。 器电路Q值。
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图３ 间接数字式频率源原理框图
５ ． 频率源的发展和重要性
频率源技术近３ 年发展很快， ０ 尤其是近 １ 年低相噪技术， ０ 低杂散技术和Ｄ Ｓ Ｄ 技术突 飞猛进， 相噪， 杂散几年就降低一个数量级， Ｄ Ｄ Ｓ技术更是如此。 在国内 该技术发展并不 理想，由于技术难度大， 耗资大， 几十年并没有得到十分重视。所以西方人４ 年代就提出 ０ 的频率合成观念在国内目 前还主要靠进口。大量的合成频率源， 频谱分析仪，网络分析仪 每台 几十万到 １ ０ ０万元人民币的价格大量进口， 还有合成频率源中的 关键元器件， 如低相
下特点：
ａ ．输出 频率为步进式不是连续的，目 前最小频率步进能做到ＵＺ Ｈ； ｂ ，输出 频率稳定度高， 尤其短稳， 可达 １＇ ０２ －量级； ｃ 自 智能化水平高， ． 动化， 使用灵活方便。 ２ 频率源类别及优缺点 ． １ 频率源可分为二大类，自 激振荡源和合成频率源。自 激振荡源是大家熟知的， 常见的 自 激振荡源有晶体振荡器、 腔体振荡器、 介质振荡器、 压控振荡器、 Ｉ ＹＧ振荡器和波形产 生器等。 这些源的输出频率范围、 调谐带宽、 近端相噪等各有不同， １ 表 给出 他们的区别
图２间接模拟式频综原理图
３ 接数宇式基本原理 ． ４间 间接数字频率源是由数字锁相环构成的， 什么是数字锁相环， 就是在锁相环内 插人数 字分频器和数字鉴相器。分频器种类很多常用的有程控分频器， 吞除脉冲分频器和小数分
频器。
间接数字频率源体积小， 成本低， 频率步进小， 使用方便可靠。可实现大规模集成等 优点， 大量应用在通信技术中， 主要缺点是输出 相位噪声较差，因 为锁相环内 使用了 分频 器， 相噪与环内 输出 分频器种 分频次 类和 数有关， 分频次 数Ｎ越大， 越差， 按２１ 相噪 一般 ０ Ｎ ｇ 变坏。因此使用吞除脉冲分频器的 锁相环相噪最好在一 ０Ｂ／ｚ 使用小频分频器相对比 ｌ ｄｃ ， ０ Ｈ 吞除脉冲 分频器好一些。 间接数字式频率源基本原理框图由图３ 给出， 从图３ 中看出， Ｃ Ｖ Ｏ频率被除Ｎ ，目 的
频率源技术的发展还应受到更多重视。
２ ． 频率源简介
频率源是用来提供各种信号的电 子设备。自 激振荡器可认为是一种简单的频率源， 随 着电子技术的发展， 要求频率源的频率稳定度越来越高，即相位噪声越来越低。所以 过去 的自 激振荡器的频率源远远不能满足要求， 它们的频率稳定度一般在 １５ ０ 以上‘ 所以出 － ， 现 了 合成频率源，即频率综合器，目 前常说的频率源往往指的是合成频率源， 该频率源有如
的好坏。
３ 成频率源的基本原理 洽
合成频率源的合成方法不同分直接模拟式、 直接数字式、间接模拟式和间接数字式四 种， 合成方法不同 基本原理也不同， 简介如下。 ３ 直接模拟式基本原理 ． １ 直接模拟式频综其合成方法有很多种， 归纳起来都是对基准频率进行各种各样的加减 乘除。混频器可视为对频率进行加减， 倍频器可视为对频率相乘， 分频器对频率相除。通 过对频率进行加减乘除产生出各种新频率， 再用滤波器和电 子开关分别选出 所需的频率来， 经放大器、 滤波器输出。这种方法也是经典方法，相噪好坏主要决定晶振的好坏，目 前 １ Ｍ Ｚ晶 ０ Ｈ 振市场上能买到一 ９Ｂ／Ｚ ｌ Ｈ ０ １ ｄｃ ＠ Ｚ的产品。 ６ Ｈ Ｏ ｋ 这种方法电 路复杂， 杂散决定滤 波器的 好坏和电磁兼容性设计的合理程度。 跳频时间主要决定电子开关的 速度，目 前开关 速度一般在几十ｎｓ ｕ 到几百 ｎｓ 小于 １ ｕ 的电 ｕ， ０ ｓ 子开关价格昂贵， ｎ 开关的 通断比 现在一般 都很好，国内 产品 一 般都能达到 ｌ ｄ ０ Ｂ左右。 ０ 这种频综如果步进太小， 路就更复杂， 电 滤 波器也很难设计， 因此体积大， 成本高是直接模拟式频综的主要缺点。 ３ 直接数字式 （ Ｄ ） ． ２ Ｄ Ｓ 基本原理 直接式数字 Ｄ Ｓ 频综是８ 年代以 （ Ｄ ） ０ 后发展起来的新型频综， 它使用数字技术完成频
波形 存 储器Ｒ Ｍ Ｏ 数棋 变 换器Ｄ Ｃ Ａ
低通
滤彼 器
输出模Ｉ信号 Ｖ
图 １ Ｄ 原理框图 ． ＤＳ
这种用 Ｄ 技术做成的频综， 好， Ｓ Ｄ 相噪 跳频速度快， 频率步进可很小， 灵活， 调制 缺 点是杂散大，目 前输出频率不高， 一般在 １Ｈ 下。 Ｇ Ｚ以 基本原理框图如图 １ 所示， 从图 １ 中 看出， 在时钟的控制下相位累 加器在频率码控制下进行相位线形累加， 再根据累 加的相 位码在存储器中寻出幅度码， 经过 ＤＡ变换得到相对应的幅度阶梯波形， ／ 再经低通滤波器 变为连续波。 ３ 间接模拟式基本原理 ． ３ 间 接模拟式频率源主要是利用模拟锁相环锁定 Ｖ Ｏ来实现频率合 由于锁相环 Ｃ 成， 需要时间， 所以间接式频率源跳频时间比直接式慢， 一般在 ＩＵ 以上。 Ｏ： 锁相环可等效为窄 带滤波器， 所以这种频率源杂散较好。 基本原理框图如图 ２所示。间接模拟式主要使用正 弦鉴相器， 相噪较好， 所以 电路比 数字式复杂， 体积较大， 成本较高。由图 看出， Ｃ Ｖ Ｏ频 率与晶 振倍频上来的微波基准混频， Ｖ Ｏ频率平移到中 将 Ｃ 频频段，以 方便处理。混频后 信号经放大器再与晶 振产生的 一系列频率标准进行同频鉴相， 锁住Ｖ Ｏ相位， Ｖ Ｏ输 Ｃ 使 Ｃ 出 频率相位跟综晶振相位， 实现对 Ｖ Ｏ锁定。 Ｃ 利用频率控制，同步控制 Ｖ Ｏ频率和频标 Ｃ 频率， 实现不同频率锁定和频率捷变。 上述为一典型微波混频锁相环，当 Ｖ Ｏ频率不高 Ｃ 时也可以 不使用倍频器和混频器， Ｃ 把Ｖ Ｏ直接送鉴相器。
相噪
杂 散
１ ． 引言 频率源技术是一项技术难度很大的 先进电 路技术， 好坏直接影响雷达、 它的 导航、 通 讯、 空间电 子技术及仪器、 仪表等的性能指标。主 要发达国家掌握这项技术， 它们的电子 系统性能好， 他们的 合成信号源、 频谱分析仪、网 络分析仪等高价向国内 倾销， 这些仪表 的 关键技术是有一个好的频率源。国内 早在 ７ 年代初， ０ 有关单位就展开了频率合成技术的 研制工作， 并取得了 一定成绩，因 技术难度大， 和其他原因早期研究的几个单位都没有坚 持下来。到了８ 年代国内整机单位因工程需要， ０ 都纷纷成立了自 研制班子， 己的 这些研制 班子经过 ２ ０多年的奋斗， 有些单位在 ２ ０多年里， 研制班子变动多次， 至今我国 频率源技 术， 频率综合技术与发达国家相比， 相差较远。 这足够证明频率源技术的 难度。也说明了
噪晶 微波小体积滤波器， 单片 器等都大量进口 近 ２ 年 起来的Ｄ Ｓ 振， 微波 放大 。 ０ 发展 Ｄ合
成技术更是如此， 百分百的 靠进口， 该合成技术尽管目 前还有一些缺点， 但它代表了频率 合成技术的方向， 解决了 一些其它合成技术无法解决的技术难题， 使频率源数字化的关键
步骤。
频率源的 好坏直接影响微波系统高频系统的性能， 是这些系统中的核心， 例如在雷达 系统中， 频率源最少给雷达系统提供发射激励信号， 接收机本振信号， 相参基准信号等。 因此可以说频率源是现代微波和高频电 子系统的心脏， 它的性能直接影响电 子系统的 关键 技术指标， 频率源在现代电子系统中 是非常重要的。
率和波形的 合成， 再经过滤波复原出 模拟波形。 具体讲把波形的幅度参数和相位信息， 按 规律存储在寄存器里， 工作时按要求规律取出信ｐ ， 数据， ＤＡ变换后， 经 ／ 再经过滤波就完 成了直接数字式的 合成。由于幅度和相位信息用数字量表示， 就存在量化精度问题， 既不 可避免的数字量存在土 误差问 １ 题， 造成某些情况下不可避免的幅度失真和相位失真， 所 以引起该频综杂散大， 采取相应措施， 可以大大降低杂散， 但必定不能彻底消除， 只有输 出 频率和时钟频率是整数倍关系时才能保证杂散很小。
调谐带宽 近端相噪
窄
好
较窄 一般
窄 较好
较宽
差
宽
较好
宽பைடு நூலகம்
合成频率源是７ 年 ０ 代后发展 起来的 频率源， 新型 技术含量高，目 前被广泛 应用在 现代 电子系统中。合成频率源主要优点是频率稳定度高，尤其短稳也就是相位噪声低， 甚至比
原子钟的相噪还低， 使用灵活、 控制方便、 性能优越。缺点造价高、 技术难度大。 合成频 率源一般可分为四大形式，既直接模拟式频综、 直接数字 （ Ｄ ） Ｄ Ｓ 式频综，间接模拟式频
和特点。
表１ 晶体振荡 项目
器
腔体振荡器 介质振荡器
自 激式振荡器性能比 较表 Ｉ 压控振荡 ＹＧ振荡
器
器
波形产生器 几百 ＭＨ Ｚ以
下
ｚ以 几百 ＭＨ Ｚ以 几百 ＭＨ 频率范围 Ｉ Ｈ 全频段 Ｇ Ｚ以下 上 上
１Ｈ Ｇ Ｚ以上
慢 慢
较小
小
间接数字 式 较好
较好
低
２ ． ２合成频率薄的主要技术指标 合成频率源的输出频率范围， 输出 功率及功率起伏， 输出 波形和调制状态， 功耗、电 源、 环境条件等与自 激振荡源的 定义要求一样， 下面仅对相噪、 杂散、 频率步进和跳频时 间四 项做一简介。 相噪一相噪就是短期频率稳定度， 其物理量纲为ｒ ２ Ｚ 是输出频率两边富氏频率的 ａ／ ， ｄＨ 函 数， 所以定义为偏离某频率 １Ｚ带宽内噪声功率谱密度与输出信号功率之比， Ｈ 记为－ ｄｃ Ｚ Ｂ／ 。相噪是合成频率源最重要的技术指标， Ｈ 它直接影响现代电子系 统的性能， 例如影 响雷达的改善因子， 影响接收机的检测能力， 影响通讯质量等。 相位噪声的 大小与 输出 频
综和间接数字式频综， 它们的优缺点由 表２ 给出。
表２
项目
相噪
杂散
合成频率源性能比 较表 频率步进 工作频率
全频段 低
很小
直接模拟式 很好
睡 抑 很难做小 难制
很难抑制
好
神 速 调制能力 体积重量 成本 、度 频
快 快
有限 方便 有限 有限
大 小