[發明專利]一種寬帶自動變頻數字鎖相放大器及其實現方法

有效

• 申請號: 202110142813.4
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112929025B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 熊煒;付鈺城;陳徐宗
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種寬帶自動變頻數字鎖相放大器，其特征在于，所述寬帶自動變頻數字鎖相放大器包括：數字移相模塊、預處理模塊和鑒相輸出模塊；其中，

數字移相模塊包括測頻子模塊、鎖相環關鍵子模塊和移相子模塊；參考信號分成兩路，一路參考信號輸入至測頻子模塊，根據已設定的M+1個分頻率比值，設定M+1個頻率檔位，相應有M個頻率分割點，預先存儲在測頻子模塊中，M為≥2的自然數，測頻子模塊測定參考信號的頻率，與預先設定的M個頻率分割點進行比較，將參考信號劃分到相應的頻率檔位，每一個頻率檔位對應唯一一個分頻率比值，并根據所在的頻率檔位產生一個相應的數字信號作為控制信號，將控制信號輸入到鎖相環關鍵子模塊；另一路參考信號輸入至鎖相環關鍵子模塊，鎖相環關鍵子模塊根據控制信號和參考信號產生倍頻信號，并使倍頻信號的相位鎖定在參考信號的相位上，保證后續移相中移動的相位相對參考信號穩定，與參考信號相位鎖定的倍頻信號輸入到移相子模塊；移相子模塊根據預先設定好的移相值使倍頻信號在設定的相位上進行跳變，輸出穩定的移相信號，輸出的相移信號的相移值不隨環境溫度的改變以及參考信號的中心頻率的漂移而發生改變；

預處理模塊包含預放大子模塊和帶通濾波子模塊；待測信號先通過預放大子模塊根據預先設定的放大倍數進行放大；放大后的待測信號通過帶通濾波子模塊對干擾噪聲進行抑制，獲得寬帶范圍內的可測信號；

鑒相輸出模塊包括鑒相子模塊和低通濾波子模塊；寬帶范圍內的可測信號和移相信號輸入到鑒相子模塊，鑒相子模塊對兩者進行乘法鑒相，輸出含有高頻不必要信號的鑒相信號；含有高頻不必要信號的鑒相信號通過低通濾波子模塊對高頻成分進行濾除，得到最終鑒相誤差信號，即待測信號在參考信號頻點處的強度放大值；

鎖相環關鍵子模塊包括第一數字整形電路、數字鑒相器、環路濾波電路、壓控振蕩器、可選N分頻電路和第二數字整形電路；輸入至鎖相環關鍵子模塊的參考信號輸入至第一數字整形電路，第一數字整形電路將正弦的參考信號整形為與數字鑒相器格式相同的數字化的參考信號；來自測頻子模塊的控制信號輸入至可選N分頻電路，可選N分頻電路根據控制信號對應的分頻率比值，把來自第二數字整形電路的倍頻信號進行分頻，得到分頻信號，分頻信號與數字化的參考信號一起輸入到數字鑒相器；數字鑒相器將參考信號與分頻信號做相位差，并將相位差轉化得到相差電壓信號，將相差電壓信號輸入到環路濾波電路；環路濾波電路對相差電壓信號進行二階濾波，環路濾波參數由控制信號進行選擇，得到濾波后的相差電壓信號，將濾波后的相差電壓信號輸入至壓控振蕩器；壓控振蕩器將濾波后的相差電壓信號改變頻率，從而產生倍頻信號，倍頻率比值與分頻率比值相同，保證倍頻信號與參考信號的頻率比值固定，從而使倍頻信號的相位鎖定在參考信號的相位上，輸入至第二數字整形電路；第二數字整形電路將與參考信號相位鎖定的倍頻信號進行數字整形后，將其中一路作為鎖相環關鍵子模塊的輸出信號，輸出至移相子模塊；另一路數字整形后的與參考信號相位鎖定的倍頻信號輸入至可選N分頻電路，根據控制信號對應的分頻率比值，輸出分頻信號到數字鑒相器，最終實現寬帶范圍內倍頻信號與參考信號相位鎖定。

2.如權利要求1所述的寬帶自動變頻數字鎖相放大器，其特征在于，M+1個分頻率比值分別為N₁～N_M+1，N₁～N_M+1為≥360的180倍數；根據壓控振蕩器的輸出頻率的最大值VH和最小值VL，確定M個頻率分割點f₁～f_M，f_i為位于VL/N_i～VH/N_i+1之間的一個值，1≤i≤M，M個頻率分割點劃分出M+1個頻率檔位，選擇M+1個分頻率比值N₁～N_M+1，使得由分頻率比值N₁～N_M+1確定的M個頻率分割點f₁～f_M劃分的M+1個頻率檔位，相鄰的頻率檔位之間具有公共頻率范圍，即相鄰的頻率檔位具有頻段重疊；每一個頻率檔位對應唯一一個分頻率比，頻率檔位的中心頻率即頻率檔位的中心值與分頻率比值的乘積為一個定值，分頻率越高的檔位，對應的頻率檔位的中心頻率越低。