[发明专利]低相位杂散的频率合成方法

说明书

技术领域

本发明属于频率合成技术领域，特别是涉及一种简单实用的频率合成信号产生方法。

背景技术

频率合成技术是指实现由一个或多个频率稳定度和精确度很高的参考信号源通过频率域的线性运算，产生具有同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术，实现频率合成的电路叫频率合成器。频率合成器的主要技术指标通常有：输出频率范围，最小频率步进(也称为频率间隔)，频谱纯度(包含相位噪声和相位杂散)，频率切换时间(也称变频时间、跳频时间)。由于技术上的高难度以及对其要求的愈来愈高，频率合成技术始终是现代电子(通信)系统的关键技术难点之一。

频率合成理论与技术起源于二十世纪30年代，其后伴随电子技术的发展也得到了飞跃的发展。早期的频率合成器是由一组晶体组成的晶体振荡器，一个频率输出点对应一个晶体，要输出多少个频率点，就需要多少个晶体。频率的切换由人工来完成，频率的准确度和稳定度主要由晶体来决定。后来，这种合成方法被非相干合成的方法所代替。非相干合成法虽然也使用了晶体，但它的工作方式是以少量的晶体产生许多频率。但是研制由多块开关晶体所组成的晶体振荡器是一个非常复杂的任务，而且成本高，不经济。所以后来科学家又提出了相干合成法。相干合成法是由一个准确度和稳定度达到要求的参考源产生许多频率的方法。目前主要有以下四种方法。

直接频率合成(DS，Direct Frequency Synthesis)。DS法是指由参考源频率经加、减(混频)、乘(倍频)、除(分频)运算直接组合出所要求的频率的合成方法。其特点是：合成信号的近端相位噪声(以下简称相噪)指标较好，基本上只取决于参考源频率源；频率切换时间最短；但在输出频率间隔小、频率点多时，相位杂散(以下简称杂散)指标很难做好。故目前，仅在点频或频点较少的场合的场合有单独的应用。

间接频率合成(Indirect Frequency Synthesis)。其主要代表是基于锁相环(PLL，Phase-Locked Loop)的频率合成。现在最常用的结构是数模混合的锁相环，即数字鉴相器、分频器、模拟环路滤波和压控振荡器的组成方式。其特点是：输出频率高，频率覆盖较宽，相噪低，杂散抑制好，便于集成化，价格便宜，但频率间隔较粗，频率切换时间较长。由于其优点明显，至今仍在频率合成领域占有重要地位。

直接数字频率合成(DDS，Direct Digital Frequency Synthesis)。它基于数字电路并运用数字信号处理理论以产生频率和相位可调的输出信号。其基本组成有存储器、相位累加器、D/A转换器和控制逻辑单元。其特点是：可高度集成化，相对频率覆盖极宽，频率步进极细，相噪低，频率切换时间短，但输出频率较低，绝对频率覆盖小，杂散相对较差。上述特点使得DDS在较低频段(300MHz以下)的应用中已逐渐占据了统治地位，而在较高的频率范围的应用，DDS仍然受到局限。

混合式频率合成。由于前述频率合成技术各有优缺点，目前，实际上更多的是前述三种技术的混合应用。通过适当的组合，充分利用三者的优点，避免缺点，以期合成性能更加优越的信号。

截止本发明的方法提出之前为止，无论上述四种方法之中的那一种，对于确定的输出频率，其合成方案的频率配置关系总是一定的，而配置方案则是基于某种算法(原则)而确定的。一般而言，方案和元器件一旦选定，输出信号的相噪水平大致便可确定。确定的频率配置方案具有编程方便，存储量小的优点。确定的频率配置方案，对于信号频谱纯度的另一重要指标—杂散，虽然配置算法已有所考虑，并采取措施以期达到设计目标，然而，由于频率合成器受到的相关和不相关干扰的不可完全预期，一旦出现算法不能排除的干扰，杂散指标很可能不满足要求；此时，频率合成器的调试是非常艰难的，不少场合甚至因此而无法做到满足要求。

综合来看，由于以前频率合成方案的频率配置关系总是一定，导致了杂散指标难以做好，输出杂散抑制技术的难以解决，从而成为了频率合成器研制的瓶颈，为进一步提高频率合成器杂散指标带来了难题。

本发明的提出，就是为了解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术频率合成存在的问题公开一种输出频率调试十分方便的低相位杂散的频率合成方法，以达到设计出高分辨率，低杂散低相噪的捷变频微波毫米波频率合成器，从而提高微波毫米波频率合成器的性能，尤其是大大减小频率合成器杂散指标的调试难度。