X與X-Ku波段高分辨率頻率合成技術(shù)研究.pdf

1、頻率合成器廣泛的應(yīng)用于微波通信、雷達(dá)系統(tǒng)以及電子對(duì)抗等領(lǐng)域。在微波系統(tǒng)應(yīng)用研究中，X和Ku波段是非常重要的微波頻段，在衛(wèi)星通信、軍事防御、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著現(xiàn)代無線通信事業(yè)、雷達(dá)以及電子對(duì)抗的發(fā)展，對(duì)頻率合成器提出了越來越高的要求。因此，研制高分辨率、低相位噪聲、低雜散X和Ku波段頻率合成器具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文以研制具有低相位噪聲、低雜散和高頻率分辨率的X和X/Ku波段頻率合成器為目標(biāo)，針

2、對(duì)鎖相頻率合成技術(shù)不易實(shí)現(xiàn)高頻率分辨率的問題，采用了直接數(shù)字頻率合成(DDS)結(jié)合混頻鎖相的技術(shù)方案，分別研制了X和X/Ku波段兩種高分辨率、低相位噪聲頻率合成系統(tǒng)。本論文主要研究進(jìn)展包括以下幾個(gè)方面:
　　 1、對(duì)X和X/Ku波段高頻率分辨率頻率合成器總體技術(shù)方案進(jìn)行了分析論證，采用DDS結(jié)合混頻鎖相的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)X和X/Ku波段高分辨率、低相位噪聲頻率合成器。DDS具有極高的頻率分辨率，采用DDS作為鎖相源的參考源，可以有效

3、提高整個(gè)X和X/Ku波段混頻鎖相系統(tǒng)的頻率分辨率;通過采取混頻鎖相方案，將射頻信號(hào)與本振信號(hào)混頻后的中頻信號(hào)送入鑒相芯片，中頻信號(hào)頻率遠(yuǎn)低于射頻頻率，從而大大降低了分頻比N，有效改善了由分頻比引入的相位噪聲。該方案將DDS的高頻率分辨率和混頻鎖相模塊低相位噪聲的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合在一起。系統(tǒng)聯(lián)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案是實(shí)現(xiàn)高分辨率、低相位噪聲頻率合成系統(tǒng)的切實(shí)可行的系統(tǒng)方案。
　　 2、根據(jù)系統(tǒng)頻率分辨率指標(biāo)要求，研制了以AD9858

4、為核心的DDS高分辨率頻率合成器，解決了900MHz倍頻鏈設(shè)計(jì)、DDS硬件設(shè)計(jì)、DDS雜散抑制、單片機(jī)控制程序以及與上位機(jī)交互等技術(shù)問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，900MHz倍頻鏈輸出信號(hào)功率為-19dBm，輸出頻譜純凈，諧波抑制度在61dBc以上，雜散抑制度優(yōu)于70dBc，可以為DDS高分辨率頻率合成器提供高質(zhì)量的時(shí)鐘信號(hào)。DDS高分辨率頻率合成器穩(wěn)定輸出頻率范圍為70～130MHz，頻率步進(jìn)1Hz，雜散抑制優(yōu)于60dBc，相位噪聲典型值為-1

5、40dBc/Hz@10kHz。在輸出103MHz時(shí)的相位噪聲約為-144dBc/Hz@10kHz，已接近技術(shù)手冊(cè)給出的-150dBc/Hz@10kHz指標(biāo)。該DDS高分辨率頻率合成器可為后續(xù)X和X/Ku波段高分辨率頻率合成系統(tǒng)的研制提供高性能的參考信號(hào)源。
　　 3、在課題組原有9.6GHz以下頻率的X波段混頻鎖相源的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了有源環(huán)路濾波器取代原無源環(huán)路濾波器，拓展了該模塊的工作頻率范圍，將該模塊的輸出頻段范圍擴(kuò)展至9.6

6、GHz以上。根據(jù)相位噪聲指標(biāo)要求，對(duì)X波段混頻鎖相模塊的環(huán)路參數(shù)和環(huán)路濾波器進(jìn)行了仿真優(yōu)化及調(diào)試。X波段混頻鎖相模塊采用ADI公司的鑒相芯片ADF4002，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該混頻鎖相模塊的輸出頻率范圍為9.7～10.4GHz，相位噪聲典型值-107dBc/Hz@10kHz。在原有工作基礎(chǔ)上，對(duì)采用ADF4112的X/Ku波段混頻鎖相模塊進(jìn)行了系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，解決了系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化配置和單片機(jī)程序控制等技術(shù)問題，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該頻率合成器輸出范圍為1

7、1.1～11.8GHz和12.2～12.9GHz，相位噪聲典型值-100dBc/Hz@10kHz。
　　 4、完成了X波段高分辨率頻率合成系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)和集成聯(lián)試。從系統(tǒng)小型化和工作可靠性的角度出發(fā)，完成了系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)，解決了DDS模塊、X波段混頻鎖相模塊、X波段VCO、單片機(jī)等模塊之間的系統(tǒng)集成問題，以及電源布線、單片機(jī)控制線走線等問題，并通過數(shù)字模塊和模擬模塊的隔離，改善了系統(tǒng)的電磁兼容性，提升了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)

8、了系統(tǒng)的集成化。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該X波段高分辨率頻率合成系統(tǒng)輸出頻率范圍為9.7～10.4GHz，頻率步進(jìn)10Hz，相位噪聲典型值-108dBc/Hz@10kHz。
　　 5、完成了以DDS高分辨率頻率合成器作為參考信號(hào)源的X/Ku波段高分辨率頻率合成器的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，解決了X/Ku波段高分辨率頻率合成器與單片機(jī)的通信以及6GHz本振功率較低無法驅(qū)動(dòng)X/Ku波段混頻鎖相模塊等問題。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該X/Ku波段高分辨率頻率合成器輸出頻率