肖磊

摘要：本文介紹了一種X波段頻率綜合器的設(shè)計(jì)方法，該方法結(jié)合了直接式合成和間接式合成技術(shù)，通過優(yōu)化頻率規(guī)劃，改善了頻率合成器雜散和相位噪聲性能。文章給出了原理框圖，重點(diǎn)介紹了相位噪聲和雜散的分析，文末給出了測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：直接式頻率合成;間接式頻率合成;相位噪聲;雜散

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）05-0149-01

0 引言

頻率綜合器是現(xiàn)代微波系統(tǒng)的心臟，低相位噪聲、低雜散、捷變頻、小型化、模塊化已成為其發(fā)展趨勢。要提高雷達(dá)從強(qiáng)雜波中檢測微弱目標(biāo)信號(hào)的能力，需要采用MTI/MTD/PD等技術(shù)，這些技術(shù)對信號(hào)的共同要求都是要具有高的長期和短期頻率穩(wěn)定度，即對雷達(dá)發(fā)射機(jī)激勵(lì)源和接收機(jī)本振源要求具有高的頻譜純度和低相位噪聲，使改善因子與信噪比提高，分辨能力提高。

本文從取樣鎖相介質(zhì)振蕩器出發(fā)，給出了X波段雷達(dá)頻率綜合器的設(shè)計(jì)方案及相位噪聲和雜散的分析測試結(jié)果。

1 方案研究

1.1 取樣鎖相介質(zhì)振蕩器

由Leeson的振蕩器相位噪聲模型可知，高Q諧振回路能有效降低相位噪聲。介質(zhì)諧振器（DR）具有介電常數(shù)高、損耗因子小、溫度穩(wěn)定性高、Q值高等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)低相噪振蕩器的理想方式之一。

作為一個(gè)閉環(huán)的相位反饋系統(tǒng)，鎖相環(huán)對參考信號(hào)和鑒相器等帶內(nèi)噪聲呈低通特性，對VCO的噪聲呈高通特性。采用取樣鑒相器可在參考輸入的激勵(lì)下產(chǎn)生豐富的諧波，鎖相環(huán)路中的VCO能直接鎖定在參考信號(hào)的N次諧波上，從而避免了N分頻器的使用，能極大地減小相位噪聲的惡化。

取樣鎖相介質(zhì)振蕩器（PDRO）集取樣鑒相器和介質(zhì)諧振器優(yōu)勢于一身，在微波高穩(wěn)定頻率合成中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2 方案設(shè)計(jì)

直接式模擬合成是對高穩(wěn)定的參考源進(jìn)行分頻、混頻和倍頻得到所需的各種頻率，具有附加相位噪聲低、捷變頻等特點(diǎn)。直接式數(shù)字合成在頻率不高時(shí)能方便地產(chǎn)生各種波形，實(shí)現(xiàn)小步進(jìn)變頻。間接式頻率合成是用鎖相環(huán)來合成頻率，能較好地抑制雜散，易于實(shí)現(xiàn)小型化。可將它們結(jié)合起來以確保信號(hào)質(zhì)量。

頻率綜合器框圖如圖1所示，一本振采用PDRO產(chǎn)生，二本振由一本振分頻得到，激勵(lì)采用直接數(shù)字波形合成（DDWS）加上變頻方式產(chǎn)生。

2 關(guān)鍵指標(biāo)分析

2.1 相位噪聲

鎖相環(huán)的近區(qū)相位噪聲主要由參考源、鎖相環(huán)部件剩余相位噪聲決定，遠(yuǎn)區(qū)相位噪聲主要由VCO決定。本頻率合成器采用的晶振相噪為-158dBc/Hz@1KHz，由于消除了數(shù)字分頻器噪聲基底的影響，PDRO的相位噪聲接近于理論值，按N取80，相位噪聲惡化38dB，加上5dB工程惡化，一本振輸出相位噪聲約為-115dBc/Hz@1kHz左右。

二本振由一本振分頻產(chǎn)生，分頻對輸入信號(hào)相位噪聲有20lgN的改善作用，按N取10，相位噪聲改善20dB，加上5dB工程惡化，輸出相位噪聲為-130dBc/Hz@1KHz，分頻器的剩余相位噪聲為-142dBc/Hz@1KHz，故二本振相位噪聲不受分頻器剩余相位噪聲限制，且優(yōu)于一本振相位噪聲。

2.2 雜散

鎖相環(huán)可以等效成窄帶濾波器，能有效抑制環(huán)路帶寬外的雜散。一本振雜散主要來自鑒相頻率泄漏，環(huán)路濾波器采用有源比例積分濾波器，鎖相環(huán)對鑒相頻率有70dBc左右的抑制。二本振雜散主要來自分諧波，采用低通濾波器即可取得較好的抑制。

激勵(lì)雜散主要來自中頻和本振上變頻的交調(diào)產(chǎn)物。中頻波形可通過測試雜散的分布和強(qiáng)度，進(jìn)行合理的頻率規(guī)劃避開雜散較高的區(qū)域，并用濾波器濾除雜散。交調(diào)產(chǎn)物可選取合適的混頻比加以控制，只要保證輸出LO+IF與附近的LO及LO+2×IF在頻譜上有一定的距離就可用濾波器予以濾除。

除了電路上的措施外，結(jié)構(gòu)盒體采用分腔設(shè)計(jì)增強(qiáng)隔離，適當(dāng)增加螺釘數(shù)量以減小縫隙及信號(hào)泄漏。

3 研制結(jié)果

頻率綜合器的相位噪聲如圖2所示，采用ROHDE&SCHWARZ公司信號(hào)分析儀得到測試結(jié)果。圖2顯示一本振相位噪聲小于-115dBc/Hz@1kHz，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

4 結(jié)語

本文介紹了一種X波段頻率綜合器的設(shè)計(jì)方法，通過結(jié)合直接式合成和間接式合成技術(shù)以及采用合理的頻率規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了低雜散低相噪的頻率綜合器設(shè)計(jì)。頻率綜合器的相關(guān)指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求，為提高雷達(dá)的檢測能力和發(fā)現(xiàn)概率打下了基礎(chǔ)。

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