采用100MHZ恒温晶振设计微波锁相频率源

李国强

摘要：此次研究重点分析微波频率源的相关设计，结合目前100MHZ恒温晶振作为重要的参考源，明确锁相环路的构成，在高达2GHZ的频点上，更好的发挥出应有的相噪性能，保证体现出极高的频率稳定度及良好的温度稳定性，在更大的范围内使用微波信号源。

关键词：100MHZ；恒温晶振设计；锁相环；频率源

微波信号源本身就属于微波系统的重要组成部分，因此可以在一定程度上决定并且对系统的相关性能起到制约作用。信号源的质量经过适当的改善，可以有效的提升整体系统的噪声性能，这样便能发挥出良好的使用价值。锁相环频率也是微波固态源的重要形式，体现出较高的频率稳定度，较低的相位噪声等特点，因此在雷达、通信及遥控遥测等多个方面得以广泛应用。

一、100MHZ恒温晶振设计微波锁相频率源的概述

（一）Q3236

在实际设计的过程中，选用了Qualcomm公司的高性能锁相环频率合成器芯片Q3236为鉴相器及反馈回路上的N分频器，由此可以完成对参考频率的分频。这种Q3236的相噪较低，鉴相频率达到了1MHZ的时候，相位噪声抵达154dBc/Hz@100HZ的时候，鉴相的输入频率也高达2GHz，体现出低功耗的特点，拥有着较高的鉴相灵敏度，内置可编程分频器发挥出应有的实效。经过适当的分析内部分频器编程，可以更快的实现输出频率步进。Q3236拥有着失锁指示，主要是通过单一的+5V完成供电，其拥有的宽输入信号强度范围：10dBm至+35dBm。其中也涵盖了锁相环频率源实际需要的除VCO和LPF之外的其他的基本单元。应用的频段主要是从UHF到达至L波段。

（二）鉴相频率的选择

利用Q3236设计锁相频率源的时候，一般是更加关注鉴相频率的选取过程，由于鉴相频率本身呈现出不同，加之Q3236贡献的噪声水平也有所差别，使得Q3236的鉴相频率逐渐的从0.25MHZ升到了100MHZ的范围，相位噪声基底也开始由原先的154dBc/HZ降至122dBc/HZ。由此可以看出，为了更好的在输出端及时的获取到更优良的相噪性能，需要将鉴相频率的取值控制在较低的水平。一般来说，鉴相频率并不是越低越好，更重要的是结合整体分析，Q3236已经实现了从FPD到FVCO的N倍频，在倍频信号相噪性能逐步恶化的过程中，鉴相的频率越低的时候，N就呈现出变大的趋势，相应的恶化程度就越大。鉴相频率的选择还是应该综合分析相关因素。输出的频率已知是2000MHZ的时候，通过结合着计算的结果对比，发现当鉴相频率是20MHZ的时候，输出的信号理论相噪值发生了变化，输出的信号达到相噪最佳性能的时候，实际的设计的过程中还是应该留出一定的裕量，否则将难以达到最佳的理论值。

（三）环路濾波器的选择

PLL频率源的设计中最为关键的工作就是合理的选择并设计环路的滤波器，这样就可以保证频率合成器指标始终兼顾着相位噪声、杂散抑制、跳频速度等多个方面，保证更好的达到最佳的综合性能。在具体设计的过程中，锁相环一般选用了二阶环，环路滤波器都是选用了有源比例积分滤波器，由此才可以构成二阶二型环。

二、锁相频率源设计的扩展、改善探讨

（1）功能的扩展。

依照反馈回路上固定分频的外置予分频器，能够及时的将输出的频率最大值更好的在2GHZ提升到15GHZ之上。

（2）电磁兼容性。

拥有着极好的电磁兼容EMC设计，可以更好的提升整个系统的性能，通过适当的改善系统稳定性、相噪性能、杂散抑制等指标，可以明确在元件选择及电路设计的时候最需要注意的问题。

a.电阻。

存有引脚的电阻，还是应该及时的选择碳膜电阻，另外再考虑金属膜电阻，最后便是线绕电阻。线绕电阻本身拥有着良好的电感特性，所以对频率相对敏感的应用过程中还是不可选取，更适合应用在大功率处理电路中。在放大器设计的时候，电阻的选择很关键。受到高频环境的影响，电阻阻抗还是会因为电感效应呈现出增加的趋势，增益控制电阻位置还是需要尽可能的靠近到放大器电路中，由此减少电路板的电感。在上下拉的电阻电路中，晶体管或者是集成电路的快速切换往往能够有效的提升上升的时间，为了更好的减小这类影响，需要及时将偏置电阻适当的靠近存在着有源器件和电源和地，由此减少PCB连线的电感问题。重视稳压和参考电路的相关问题，明确直流偏置电阻实际需要靠近有源器件的过程，这样便能对瞬态响应时间做到更加细致的规划。

b.电容。

电容种类繁多，一般最为常见的就是铝质电解电容、陶质电容及云母电容等等。绝缘材料的差异会使得频响特性有所不同，这样便会使得一种类型的电容适用于特定的场合。电容除了必備的电容值之外，还是拥有一个固定的参数，电容在低于谐振频率的时候，一般会呈现出容性，在高于谐振频率的时候，呈现出一定的感性。为了保证电容呈现出去耦效果，可以将多个去耦电容并联，从而可以提供更宽的频谱范围，提供更宽的布线，由此减小布线自感，起到良好的去耦效果。

c.电感。

电感存有开环电感及闭环电感两种形式，开环电感相应的磁场往往需要根据空气的闭合情况作出判断，闭环电感的磁场一般则是通过磁芯的闭合过程体现出相应的效果。电感一般不会有寄生感抗，所以不管是表贴型还是引线型都不会存有太大的差异。电感的磁芯材料通常来说包含着两种，主要是铁和铁氧体。铁磁芯电感通常被用于低频场合中，铁氧体磁芯电感则主要是运用至高频场合中。

三、结语

运用100MHZ恒温晶振设计微波锁相频率源可以更好的发挥出实际的作用，通过明确锁相的意义，可以发现其就是相位同步的自动控制，完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统，呈现出这个锁相环路相位负反馈控制系统，发挥出跟踪输入信号的重要作用。

参考文献：

[1]柳勇，方立军，马骏.一种同步低相噪基准源的设计[J].信息系统工程，2013，（06）：143144.

[2]李兆荣，陈松涛，魏燕婷.5MHz～20GHz低相位噪声频率源的研制[J].环境技术，2011，（05）：4953.