[發明專利]低相位噪聲射頻頻率合成電路

有效

• 申請號: 201610195107.5
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105763190B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 邱紫敬;祁峰;明剛;鐘達;梅剛華
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發明公開了低相位噪聲射頻頻率合成電路，包括低相噪晶振，低相噪晶振與一級信號放大器的輸入端連接，一級信號放大器的輸出端與一級SBD三倍頻器的輸入端連接，一級SBD三倍頻器的輸出端與二級信號放大器的輸入端連接，二級信號放大器的輸出端與調制器的第一輸入端連接，調制器的第二輸入端接入三角波，調制器的輸出端與二級SBD三倍頻器的輸入端連接，二級SBD三倍頻器的輸出端與三級信號放大器的輸入端連接。具有相位噪聲低、諧雜波特性優良、易于調試等優點。利用這種電路可顯著改善銣頻標微波探尋信號的相位噪聲，降低交調效應對銣頻標頻率穩定度的限制。

技術領域

本發明涉及銣原子頻標頻率綜合技術領域，具體涉及低相位噪聲射頻頻率合成電路，實現9次倍頻和方波調頻，利用此電路的低相位噪聲特性，提高銣原子頻標頻率穩定度指標。

背景技術

銣原子頻標是一個以物理系統為鑒頻器的鎖頻環，將10MHz晶體振蕩器頻率鎖定在銣原子躍遷頻率上，使晶振頻率具有與原子躍遷頻率同樣的高穩定度特性。銣原子頻標采用頻率綜合技術將10MHz晶振信號轉換為受調制的6.834GHz的微波探尋信號，饋入物理系統，激勵原子體系發生共振躍遷，利用光檢測、同步檢波等技術對鑒頻信號進行處理，得到控制10MHz晶振頻率的糾偏信號，如圖1所示。

頻率穩定度是銣原子頻標的核心指標。通常，銣頻標頻率穩定度由物理系統信噪比和頻率綜合系統相位噪聲共同決定。頻率綜合系統相噪水平是制約頻率穩定度的重要因素。頻率綜合系統相位噪聲經物理系統轉化為疊加在鑒頻信號上的白頻率噪聲，稱為交調噪聲。交調噪聲對頻率穩定度的限制可用Allan偏差表示為：

其中v₀為載波信號的頻率，f_M為調制頻率，L(2nf_M)為v₀在2nf_M處相位噪聲譜。

一種常見的實現方案中，銣原子頻標的頻率綜合系統由10MHz晶振、調制器、9次倍頻器、階躍恢復二極管(SRD)76次倍頻器和綜合器組成。一般可忽略SRD倍頻器和綜合器對微波探尋信號相噪的影響。因此，頻率綜合系統的相噪受限于10MHz晶振、調制器和9次倍頻器，將以上三部件合稱為射頻頻率合成電路，如圖1所示。傳統射頻頻率合成方案是對10MHz晶振信號進行三角波調相(方波調頻)，再利用三極管組成的差分對管電路進行兩級3倍頻，得到受調制的90MHz信號。該方案電路輸出信號相位噪聲較大，其中調制器和第一級3倍頻是相噪惡化的主要部件。調制器位于10MHz晶振后級，會惡化倍頻輸入信號的相噪水平；第一級3倍頻采用差分對管結構，若晶體管噪聲系數大，會引入附加相位噪聲。除此之外，該方案還有諧雜波大，調試復雜等缺點。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提供低相位噪聲射頻頻率合成電路，具備低相位噪聲、諧雜波抑制度高、易于調試等優點。利用這種電路可顯著改善銣頻標微波探尋信號的相位噪聲，降低交調效應對銣頻標頻率穩定度的限制。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

低相位噪聲射頻頻率合成電路，包括低相噪晶振，低相噪晶振與一級信號放大器的輸入端連接，一級信號放大器的輸出端與一級SBD三倍頻器的輸入端連接，一級SBD三倍頻器的輸出端與二級信號放大器的輸入端連接，二級信號放大器的輸出端與調制器的第一輸入端連接，調制器的第二輸入端接入三角波，調制器的輸出端與二級SBD三倍頻器的輸入端連接，二級SBD三倍頻器的輸出端與三級信號放大器的輸入端連接。

如上所述的一級SBD三倍頻器和二級SBD三倍頻器均包括電感L1、電感L2、電感L3、電感L4、全波橋式整流器、電容C1、電容C2和電容C3，電感L1的一端作為輸入端，另一端通過電容C1接電氣地并且還通過全波橋式整流器與電感L2一端連接，電感L2另一端通過電感L3接電氣地，電感L2兩端并聯有電容C2，電感L3兩端并聯有電容C3。