X波段雷達頻率綜合器設計

肖磊

摘要：本文介紹了一種X波段頻率綜合器的設計方法，該方法結合了直接式合成和間接式合成技術，通過優化頻率規劃，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，重點介紹了相位噪聲和雜散的分析，文末給出了測試結果。

關鍵詞：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：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0149-01

0 引言

頻率綜合器是現代微波系統的心臟，低相位噪聲、低雜散、捷變頻、小型化、模塊化已成為其發展趨勢。要提高雷達從強雜波中檢測微弱目標信號的能力，需要采用MTI/MTD/PD等技術，這些技術對信號的共同要求都是要具有高的長期和短期頻率穩定度，即對雷達發射機激勵源和接收機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振蕩器出發，給出了X波段雷達頻率綜合器的設計方案及相位噪聲和雜散的分析測試結果。

1 方案研究

1.1 取樣鎖相介質振蕩器

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。介質諧振器（DR）具有介電常數高、損耗因子小、溫度穩定性高、Q值高等優點，是實現低相噪振蕩器的理想方式之一。

作為一個閉環的相位反饋系統，鎖相環對參考信號和鑒相器等帶內噪聲呈低通特性，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下產生豐富的諧波，鎖相環路中的VCO能直接鎖定在參考信號的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。

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

1.2 方案設計

直接式模擬合成是對高穩定的參考源進行分頻、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。直接式數字合成在頻率不高時能方便地產生各種波形，實現小步進變頻。間接式頻率合成是用鎖相環來合成頻率，能較好地抑制雜散，易于實現小型化。可將它們結合起來以確保信號質量。

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

2 關鍵指標分析

2.1 相位噪聲

鎖相環的近區相位噪聲主要由參考源、鎖相環部件剩余相位噪聲決定，遠區相位噪聲主要由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生，分頻對輸入信號相位噪聲有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，且優于一本振相位噪聲。

2.2 雜散

鎖相環可以等效成窄帶濾波器，能有效抑制環路帶寬外的雜散。一本振雜散主要來自鑒相頻率泄漏，環路濾波器采用有源比例積分濾波器，鎖相環對鑒相頻率有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。

激勵雜散主要來自中頻和本振上變頻的交調產物。中頻波形可通過測試雜散的分布和強度，進行合理的頻率規劃避開雜散較高的區域，并用濾波器濾除雜散。交調產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，結構盒體采用分腔設計增強隔離，適當增加螺釘數量以減小縫隙及信號泄漏。

3 研制結果

頻率綜合器的相位噪聲如圖2所示，采用ROHDE&SCHWARZ公司信號分析儀得到測試結果。圖2顯示一本振相位噪聲小于-115dBc/Hz@1kHz，符合設計目標要求。

4 結語

本文介紹了一種X波段頻率綜合器的設計方法，通過結合直接式合成和間接式合成技術以及采用合理的頻率規劃，實現了低雜散低相噪的頻率綜合器設計。頻率綜合器的相關指標滿足系統要求，為提高雷達的檢測能力和發現概率打下了基礎。

參考文獻

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