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1、2 0 0 5 。全国微波毫米波会议论文集新型高性能全相参毫米波频率源研制姚鸿飞徐锐敏( 电子科技大学电子T 程学院成都6 1 0 0 5 4 )摘要本文研制出一种新型全相参毫米波频率源。本振部分将D D S 、混频锁相环，毫米波倍频丰目结合，对D D S 、R 】、N t 进行三重调节，输出窄步进捷变频毫米波本振信号。发射部分采用种新型一次混频电路，避免了调谐电压预置，简化了电路，并保证了发射信号和本振信号之间相位同步、频差恒定，系统输出带宽为4 0 0 M H z ，步进 吼( 占为环路带宽，蠡为与N 次谐波相对应的第一N y q u i s t 区域内杂散位置)取D D S 时钟为3 0
2、 0 M H z ，输出频率为4 4 4 9 M H z 。落在+ I M H 。外，易被环路滤除。根据器件资料“1信号E 时，杂散为1 0 阶内的混叠杂散则经折算到毫米波一8 9 + 2 0 1 0 9 ( N R ，。) + 2 0 l o g ( M 4 ) = 一6 8 1 d B c 。对于带外杂散，在D D S 输出信号后加带通滤波器进行滤除，锁相环路进行第步滤除。3 2 系统的相位噪声系统发射信号带外相噪由V C O ：决定，带内相噪基于本振信号相噪之E ，合理选择环2 分频比，使得带内相噪由本振信号相噪决定，因此可以仅考虑本振支路相噪。建立起本振环路的相位噪声模型如图3 9 。
3、其中，中。为基准振荡器的相位噪声，m 。、中w 。分别为R 。分频器和N ，分频器引八的相位噪声，中一、中u 。为倍频嚣及混频器引入的相位 噪声，v 。、v 。分别为鉴相器和环路滤波器引入的噪声电压。由于上述各种噪声是统计独立的，并且强度均比较弱，应用叠加原理，口j 以得到输出端相位噪声与各噪声源的关系3 9 72 0 0 5 + 全国微波毫米波会议论文集图3 系统本振支路相位噪声模型哦。：j l c Mm ”+ 。m 一，( 一幔，+ 等o + j + 【忡“+ m n ，百1 + m m 一一m w 一+ ! ! ! 薏堡j M + m 一。一m 一 w ( s ) 峨【+ m I 一0
4、) lF ( s ) Kd K 。其中H ( s )N s l + F ! s ) & N ? s输出相位噪声功率谱密度，。，) j k 州，+ 。+ I 寿+ s 。屿。+ 墨t i ：攀卜2 卜。w f l 埘卜k ，( ，) _ 1 一州刎2j结合( 5 ) 式考查各器件的相嗓贡献，可知参考晶振的相噪决定了毫米波输出信号的相噪，为一8 3 d B c H z 1 k H z 一9 3 d B c H z l O k H z 。33 环路参数确定及系统跳频时间奉系统有两个环路和一个D I ) S 。D D S 跳频时间在h S 量级，相对丁环路锁定时问可忽略不计。第二个环路基丁第一个环路的
5、锁定而锁定，但是，当环路一开始进行频率捕获时，环路也同时开始进行频率捕获。选择环路二的状态与环路状态一致，则系统跳频时问大致为本振环路的频率捕获时间。因此我们主要考查本振环路。为提高V r 及抑制鉴相杂散，采用预滤波的有源三阶环路滤波器。环路锁定时间。15 1 ( 与1 一f 2 ) T l o e k = L 孑L 一，与环路带宽成反比，兼顾参考信号杂散及鉴相杂散，王1 i 路旺k一带宽取为5 0 0 K I z ，各元件值如图4 ，跳频时间仿真结果 l O u s ，如图5 。实际系统中耍考虑单片机送数时间。我们采用高速单片机，在输出频率为厂时预先将下个频点的频率字送到器件的缓冲器里，使能
6、信号控制频率字同时向对应的寄存器转移，以消除送数时间对跳频速度的影响。3 9 82 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集图6 毫米波输出频谱( s p a n = 1 0 M H z )图7 毫米波输频谱( s p ar l - 5 0 l H z )相噪测试仪测试柏噪为一9 0 d B c H z l O k H z ，一9 8 d B c H z l O O k H z ，接近理论值，如图8 所示。图8 相噪测试曲线图9 跳频测试曲线毫米波信号从频率最低点跳到最高点时，示波器测得跳频时间 1 5 u s ，如图9 所示( 上面的为V C O 。的V T t 曲线，下面的为V C O ：的v
7、 。t 曲线)5 、结论本文研制出一种新型全相参频率源，给出了系统结构，并阐述了工作原理。它的新颖之处在于：对D D S 频率、参考分频比R l 和环路分频比N l 三重调节，将D D S 的频率限制在5 M H z带宽内，同避_ 大杂散的D D S 频率点，且大大提高了频率分辨率；D D S 上变频后驱动M ，N锁相环路，降低了N l R 1 ，大幅度改善了相位噪声，并提高了跳频速度；采用二次混频技术锁定发射信号，简化了电路。最后做出实物并得到很好的测试结果，产品已交付用户。相信本课题对今后高性能全相参毫米波频率源的进一步研制具有指导意义。 参考文献 1 K e n jc h iT A J
8、I M A Y o s h i h i k oI 姒I ，Y o u s u k e ，K A N A G A W Ae t c A5T Oi 0G H zL O WS P U R I O U ST R I L ET U N E DT Y P EP L LS Y N T H E S I Z E RD R I V E NB YF R E Q U E N C VC O N V E R T E DD D SU N I T ，I E E EM T T S 叭g e s t 。P P 1 2 1 7 ，1 9 9 7E 2 3D a v i dB r a n d o n ，D D Sd e s i g
9、n e d n ，N a y1 3 ，2 0 0 4E 3 3A n a l o gD e v i c e ，I n c ，AT e c h n i c a lT u t o r i a l0 1 1D i g i t a lS i g n a lS y n t h e s i s ，p p 2 7 ，1 9 9 9 们A n a l o gD a yi c e ，I n c ，27G H zD D S B a s e dA g il e R PT MS y n t h e s i z e r ，A D 9 9 5 62 0 0 4 5 JV e n c e s l a vF K r o u
10、p a ，N o i s eP r o p e r t ie so fP L LS y s t e m s ，I E E ET r a n s o nC o m m u n i c a ti o n s ，V 0 1 3 0 ，N o 1 0 ，p p 2 2 4 42 2 5 2 ，O c t1 9 8 2 6 IT h o m p s o n ，PV D r e n n a n ，P h a s en o is ec o n t r i b u t i o no ft h ep h a s e f r o q u e n c yd e t e c t o ri nad i g i t a
11、lP L Lf r e q u e n c ys y n t h e s i z e rI E EP r o c C ir c u i t sD e v i c e s8 y s t ，V o l1 5 0 N o 1 P P 卜3 F e b2 0 0 3 7 J i a n s h e n gX u ，Y i s o n gD a i ，a n dD e r e kA b b o t t ，AC o m p l e t eO p e r a t ia n a lA l p l i f i e rN o i s eM o d e l ：A n a l y s l sa n dM e a s u r e m e n to fC o r r e l a t i o nC o e f f i c i e n t ，I E E ET r a n so nC i r c u i t sa n dS y s t e m s V O L 4 7 ，N O 3 ，p p 4 2 0 4 2 4 ，M A R C H2 0 0 0 8 D e a nB a n e r j e e ，P L LP e r t o r m a n c e ，S i m u l a t i o n ，a n dD e s i g n ，3 ”E d i t i o n ，2 0 0 33 9 9
