【摘要】釆用直接数字合成器（DDS）做参考基准，经锁相环（PLL）锁相跟踪，再与锁相介质振荡器（PDRO）上变频方法，实现Ku波段最大线性调频1Ghz，单边带相位噪声-98dBc/Hz/1KHz。该方法具有频率点设置、调频帶宽设置的灵活性，且宽带调频信号具有线性度高，相位噪声低优点。
【关键词】Ku波段；DDS锁相跟踪；宽带线性调频；相位噪声
1.引言
随着高速数字电路技术的发展，采用通用DDS进行雷达波形合成，其合成的波形的质量指标如：线性调频线性度、信噪比、杂散等已能满足整机要求。但在微波高端频率上，因数字器件频率的限制，需采用频率合成的方法进行频率搬移。频率合成器的带宽、跳频间隔、跳频时间、相位噪声性能、杂波抑制、体积、功耗是合成器方法选取的主要因素。
2.宽带信号产生方法
线性调频信号是常用的雷达信号，对调频线性度高和相位噪声低的宽带信号的产生，常采用DDS技术产生基带信号结合其它扩展频带的方法，该方法有灵活性好，易于实现的优点。常用的扩展频带的方法有以下几种。
2.1 倍频法
倍频方法是扩展带宽易行方法。经倍频后产生的输出信号频率是输入信号频率的N倍，倍频器的次数N既是扩展带宽的倍数。
倍频器的原理如图1所示，设倍频器输入端和输出端的相位噪声分别为L1（fm）和L2（nfm），倍频器使频率合成器的相位噪声变坏的理论值为：
倍频器对频率合成器的相位噪声影响很大，因此在频率合成器中尽量避免使用高次倍频。倍频方法级联环接较多，需用到滤波器，易引入幅相误差，对于信号线性相位特性和幅线性相位特性和幅频特性指标要求高的应用情况难进行失真补偿。
2.2 多路信号拼接
多路拼接就是把多个窄带信号拼接成一个宽带信号的方法。拼接不仅要求时域上的首尾拼接，而且要求频域上的拼接。在实际应用中，由于器件的影响，各个窄带信号的幅度不一致，频率与相位不连续，拼接中的时间不连续，会对宽带合成信号产生相应失真，影响拼接信号质量。
要准确的控制拼接信号的幅度、频率、相位、时间关系，就要求各子信号具有相同的参考时钟，即信号由同一个参考时钟源产生，才能使它们之间有相同的参考标准。
多路信号拼接法框图如图2所示。
2.3 锁相环倍频
锁相环包括三个基本部件：
鉴相器（PD），环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）。锁相环是一种相位负反馈系统，它利用环路的跟踪与同步特性将VCO的输出相位与晶振参考的相位保持同步，实现输出频率的锁定，使VCO的输出信号可以得到和参考源相同的频率稳定度。
数字锁相环在锁相环路中插入可变数字分频器，把压控振荡器频率分频N次后与参考频率进行鉴相，改变分频比N，得到不同的频率输出。
数字锁相环方框图如图3所示。
在置定某一N值后，当环路锁定时，该锁相环的输出有如下关系：
锁相环输出信号频率为输入信号频率的N倍，即带宽扩展N倍。
3.ku波段宽带线性调频源实现方法
为产生ku波段高线性、低相位噪声宽带线性调频信号，釆用DDS+PLL，再上变频方案。该方案PLL输出中心频率2500Mhz，PDRO源频率13500Mhz。ku波段宽带线性调频源组成原理框图如图4。
在图4中，ku波段源采用高稳晶体振荡器作参考源，DDS产生窄带信号，经PLL跟踪锁相倍频，再经上变频得到输出信号。
DDS主要由参考时钟、相位累加器、波形存储器、转换器和低通滤波器构成。具有频率转换时间短，频率分辨率高，相位连续变化等特性，使用DDS作波形产生其方法灵活，通用性强，易产生线性调频。DDS采用AD公司的AD9854。该DDS具有的48位频率字，17位的相位截断保证有很高的信杂比。
PLL为锁相跟踪环。随着高速鉴频鉴相器器件的研制成功，釆用较高频率鉴频鉴相成为可能。为了减小跳频时间，提高鉴频鉴相频率，可增加环路带宽，依锁相环理论，环路带宽选择为鉴频鉴相频率的1/10，可缩短环路锁定时间。合理设计环路参数，PLL可满足对线性变化信号的跟踪锁相。
PDRO为锁相介质振荡器，因其在微波高端频率上能做到相噪低，体积小，方案中选取做频率搬移的本振源。
ku波段宽带源相位噪声估算：
DDS相位噪声底：DDS选用AD公司的AD9854，手册给出，50MHz输出时相噪为： -133dB/Hz/1KHz，平底-150dBc/Hz/1KHz。
由DDS作参考，经环路倍频影响的相位噪声变坏20Log（N）。PLL输出中心频率2500Mhz，DDS输出中心频率50Mhz，倍频次数N为50。
锁相环影响：锁相环选用Hittite的锁相环HMC440，1Hz归一化相噪基底。
P1Hz=-233dBc/Hz，
环路输出单边带相位噪声可由下式计算：
单边带相位噪声=P1Hz+10Log（fref） +20Log（N）
其中，P1Hz为1Hz归一化相噪基底；
fref为鉴相参考频率；
N为环路倍频次数。
锁相环输出中心频率2.5GHZ时，相位噪声为：-233+10Log（50*1000000）+20Log （50）=-122（dBc/Hz/1KHz）
PDRO相位噪声：PDRO为锁相介质振荡器，具有相位噪声低，体积小，功耗低。所用频段单边相位噪声可做到-120dBc/Hz/1KHz。
由以上计算可看出，该方案中选取的锁相环、PDRO对输出信号相位噪声无明显影响。
4.结语
用DDS做线性调频参考基准，釆用PLL锁相跟踪的方法，具有频率点、调频帶宽、调频斜率设置的灵活性。该线性调频源实现了ku波段最大线性调频1Ghz，单边带相位噪声-98dBc/Hz/1KHz。随着DDS器件的研制进展，DDS的指标如输出频率会更高，使用该方法研制的宽带线性调频源的相位噪声将更低。
参考文献
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[3]李桂萍，方立军，马威，等.X波段便携式战场侦察雷达频率合成器[J].雷达科学与技术，2008，6（1）：73-76.
作者简介：吴玉芬（1969—），女，桂林国营七二二厂工程师，研究方向：自动测试系统。
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