[发明专利]毫米波频率源装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体微电子领域，尤其涉及一种毫米波频率源装置。

背景技术

现代通信系统的重要指标之一是其工作频率，相应频率的频率源是其必要模块，随着技术发展，通讯设备和雷达系统的工作频率也逐步提高，高端产品目前已达数十GHz的毫米波段，这些系统都需要与其频率相对应的频率源模块。

在微电子领域，微波和毫米波概念的区分通常并不严格，因此在本发明中，根据所提出的频率源结构的特征并结合当前技术水平发展的实际情况，所提到的微波主要指代Ka以下波段，在该波段当前的电路和模块技术相对成熟，易于制备高质量的振荡源；所提到的毫米段主要指代从E波段到W波段，记为E-W波段。

在毫米波段，尤其是工作频率高达E-W波段时，模块式的毫米波频率源装置会面临如下技术困难：受器件能力限制，电路能够实现的功率通常较小；信号的传输需要通过波导实现，即使使用波导也存在损耗大，匹配困难的问题；高频寄生参数十分显著，使电路性能恶化；由于传输波导和波导谐振腔的存在，电路体积很大，对温度和振动敏感，工作稳定性差等。

因此，毫米波技术发展的一个重要方向既是将毫米波前端单元采用全集成的毫米波单片集成电路(MMIC)实现，或者采用混合毫米波集成电路(HMIC)实现。利用微电子和微封装工艺的小体积、高加工精度、高集成度直接制作毫米波集成电路和模块，在集成电路片内实现电路单元的互联和匹配。例如单片集成的毫米波振荡器，它是振荡的频率信号产生源，是频率源的核心。但是受器件老化、电路品质因数低、环境变化等影响，电路参数会发生抖动，形成噪声，该现象对于频率极高的毫米波电路尤为明显。

频率源作为整个电路的频率基准，需要较高的稳定度，所以仅靠毫米波集成电路并不能形成高质量的频率源，还需要建立具有稳频功能的环路系统，其中最常用的就是频率源锁相技术，在较低频段典型的做法是使用晶体振荡器(晶振)作为参考源进行锁相，例如存在多种型号的商品化的锁相环电路，可以将数GHz的微波信号与晶振参考源锁相，其中晶振通常工作在几十到几百MHZ。但是在毫米波频率源的具体实现中，面临着电路单元之间的毫米波信号连接困难，以及传统晶振和锁相环的工作频率与毫米波频率差别巨大，难以直接锁相等问题。

在实现本发明的过程中，发明人意识到现有技术存在如下缺陷：毫米波频率源装置输出的毫米波频率稳定性差，同时毫米波与常用高稳定度参考源频率差距大，难以直接实现锁相。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明针对现有技术中毫米波频率源装置输出的毫米波频率稳定性差的缺陷，提出了一种毫米波频率源装置。

(二)技术方案

本发明的毫米波频率源装置，包括毫米波前端模块和稳频模块，其中：毫米波前端模块，用于产生毫米波频段的振荡信号；将毫米波频段的振荡信号倍频后与稳频单元产生的一微波信号进行混频，得到一中频信号，将中频信号传输至稳频模块；接收稳频模块的一锁相信号，并根据锁相信号对毫米波前端模块产生的毫米波频段的振荡信号进行锁相，输出经过锁相的毫米波振荡信号；稳频模块，用于产生微波信号；接收毫米波前端模块输出的中频信号，根据中频信号产生锁相信号，并将锁相信号传输至毫米波前端模块。

优选地，本技术方案中，毫米波前端模块，包括毫米波振荡器、倍频混频单元、毫米波输出放大缓冲单元，其中：毫米波振荡器，用于产生毫米波频段振荡信号；倍频混频单元，用于将微波振荡信号进行倍频后，与毫米波频段振荡信号混频，获得中频信号；毫米波输出放大缓冲单元，用于将毫米波振荡器经过中频锁相后输出的毫米波频段振荡信号进行放大并输出。

优选地，本技术方案中，稳频模块，包括微波振荡器、微波锁相单元、中频锁相单元，其中：微波振荡器，用于产生微波振荡信号；微波锁相单元，与微波振荡器相连，用于对微波振荡器产生的微波振荡信号进行锁相；中频锁相单元，用于锁相倍频混频单元获得的中频信号，生成校准电压信号，并将校准电压信号输出至毫米波振荡器，实现对毫米波振荡器所输出的毫米波频段振荡信号的锁相。

优选地，本技术方案中，微波锁相单元包括：预分频器，与微波振荡器相连，用于将微波振荡器产生的微波振荡信号进行预分频；第一晶振参考源，用于产生第一参考频率信号；微波锁相环，与预分频器和第一晶振参考源相连，用于将预分频后的微波振荡信号与第一参考频率信号进行比较，生成第一校准电压信号，并将第一校准电压信号发送至微波振荡器，实现对微波振荡器产生的微波振荡信号的锁相。