《小步进全相参毫米波频率源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小步进全相参毫米波频率源（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 0 05 全国微波毫米波会议论文集小步进全相参毫米波频率源姚鸿飞徐锐敏( 电子科技大学电子工程学院成都6 1 0 0 5 4 )摘要本文研制出一种小步进全相参毫米波频率源。本振部分，对D D S 、参考分频比、环路分频比进行三重调节，抑制了D D S 杂散，提高了频率分辨率；发射部分采用二次混频电路，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。系统输出为K 。频段，带宽4 0 0 M H z ，步进 B L ，L = I ，2 ，3 ，乜1 在窄步进情况下需连续改变D D s 频率，上式转化 为烨忸 f d d s m i n ( 氏一三+ 1“一一
2、五鱼丛二! Q 鱼。( B L 为环路带宽) 三取。s 时钟为3 0 0 M H z ，输出频率为4 4 4 9 M H z 。 4 4 , 4 9 c ( 3 F 0 0 ，3 0 6 0 ) ，l 。阶内的混叠杂散落在环路带宽( 5 0 0 K H z ) 外。在D D S 输出后加带通滤波器进初步滤除，锁相环路进行第二步滤除。参考信号很纯时，D D S 带内杂散主要由D D s 相位截断杂散和幅度量化杂散引起。A D 9 9 5 6 输1 0 9 12 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集出杂散转化到毫米波信号上为一8 9 + 2 0 1 0 9 ( N 。R 。，) + 2 0 l o
3、 g ( M 一) = 一6 8 1 d B c ，满足一6 0 d B c 的指标要求。2 2 系统的相位噪声系统发射信号带外相噪由V C O z 决定，带内相噪基于本振信号相噪之上，合理选择环路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1 。“。其中，。为基准振荡器的相位噪声，。、叭。分别为R - 分频器和N ，分频器引入的相位噪声，删，。、忆。为倍频器及混频器引入的相位噪声，V m 。、V 嘶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，可得输出相位噪声功率谱密度中如( D
4、 m I巾m 。图l 系统本振支路相位噪声模型一1 ：j 仁妙) 坞) 2 + ) + B 渺畴+ ) 十，+ 垒2 孝攀卜2 卜u w l 2l 懈l 塌。，( 州1 一H ( J 硼l 结合( 1 ) 式考查各器件的相噪贡献H 1 ，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 1 0 k H z 。2 3 环路参数确定及系统跳频时间系统中，D D S 跳频时间在n s 量级，主要考虑环路锁定时间。两环同时开始锁定，取两环路参数一致，则系统跳频时间大致为本振环路的锁定时间。为提高V t 及抑制鉴相杂散，采用预滤
5、波的有源三阶环路滤波器。兼顾带外杂散抑制，环路带宽取为5 0 0 K H z ，各元件值如图2 ，仿真环路一锁定时间 l O u s 晦。，如图3 。实际系统中采用高速单片机，跳频前预先置数，各器件频率字同时由缓存器向对应寄存器转移，以消除送数时间对跳频速度的影响。图2 环路滤波器I F r e qE r r o r l黜M jF ? 、；11i、1 占1 0 0 k 1p 分1 0 k 1、lI k J，、 F O 。0j V差，1+ I1 0 0 m L r T | 1 1 0 9 2图3 跳频时间仿真2 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集2 4 发射与本振信号频率、相位关系如果将凡。2
6、 与工州直接混频，取中频鉴相来锁定L c 。2 ，由于两路信号频率很接近，环路二将无法锁定或锁定不稳。传统方法采用频率预置电路，麻烦而复杂。这里我们采用二次混频，先将工训下变频到厶，之后在混频器M X 一4 中与L c 。：混频，取中频去鉴相，使得环路捕获过程中L c 。：始终大于厶，保证f v c 0 2 能够入锁。设信号Z 。相位为2 z L C 。1 f + 1 ，L c 。：相位为2 万2 。2 t + 吒2 ，结合系统方框图4 ，两环路锁定时：f v c 0 2L C 0 1 _ ( ，一M I 蚓怯，O v c 0 2 - - O v c o l ：( 一”M ：帆。即两路V C
7、O 输出频差恒定，相位同步，四倍频到毫米波依然保持这种关系，满足相参雷达对两路信号频率及相位的要求。3 、系统结构及频率分配结合匕面的分析和指标要求，得到如图4 所示的系统方框图。图4 系统方框图方案中，D D S 信号上变频后做参考信号，使得N l R ， 3 ，大幅度降低了参考信号相噪及杂散的恶化；改变k ，R ，N ，在N 。R 。 3 的情况下，对D D S 输出带宽的要求降为5 M H z ，避免了大杂散点；鉴相频率取在2 0 M H z 左右，远大于环路带宽，从而抑制了鉴相杂散；d d s 高分频率的特性决定了输出频率窄步进的实现。系统输出本振频率无。= 厶：一( 等) ( 厶+
8、丘) 鸩，发射频率瓜= 厶+ 鸠( 乏一M 。鸠) 以。4 、测试结果用频谱仪M S 6 6 8 C 对毫米波信号进行测试，杂散 一6 0 d B c ，频谱如图5 、图6 所示。1 0 9 32 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集图5 毫米波输出频谱( s p a n = 1 0 M H z )相噪测试仪测试相噪为一9 0 d B c H z 1 0 k H z ，图6 毫米波输出频谱( s p a n = 5 0 M H z )一9 8 d B c H z 1 0 0 k H z ，接近理论值，如图7 所示。图7 相噪测试曲线图8 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
9、得跳频时间 1 5 u s ，如图8 所示( 上面的为V C O 。的V t t 曲线，下面的为V C 0 ：的V T t 曲线)5 、结论本文研制出种新型全相参频率源。先阐述了设计原理，后给出了系统结构及测试结果。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 1 三重调节，回避了大杂散的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，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。相信本课题对今后高性能全相参毫米波频率源的进步研制具有指导意义。 参考文献 1 D a v i dB r a n
10、d o n ，D D Sd e si g n ，e d n ，M a y1 3 ，2 0 0 4 2K e n i c h iT A J I M A ，Y o s h i h i k oI M A I ，Y o u s u k e ，K A N A G A W Ae t c A5T Ol OG H zL O WS P U R I O U ST R I P 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 O U E N C YC O N V E R T E DD D SU N I T ，I E E EM T T S
11、D i g e s t ，p p 1 2 1 7 ，1 9 9 7 3 V e n c e s l a vF K r o u p a ，N o i s eP r o p e r t i e 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 t i o n s ，V 0 1 3 0 ，N o 1 0 ，p p 2 2 4 4 2 2 5 2 ，O c t 1 9 8 2 4 I T h o m p s o n ，P V B r e n n a n ，P h a s en o i s ec o n t r i b u t i
12、 o no ft h ep h a s e f r e q u e n c yd e t e c t o ri nad i g i t a 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 i r c u i t sD e v i c e sS y s t V 0 1 1 5 0 N o 1 P P 1 3 F e b 2 0 0 3 5 D e a nB a n e r j e e ，P L LP e r f 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 31 0 9 4
