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基于AD9858的宽带雷达信号源设计与实现

作者:时间:2013-04-24来源:网络收藏

摘要:给出一套的设计方案,它由组成,产生中心频率为1 GHz,带宽为800 MHz的选用了AD公司高性能芯片,由FPGA实现加载DDS控制字,产生(200+50)MHz的基带信号。将基带信号进行上变频和倍频,可输出1 GHz±400 MHz的宽带雷达信号。经示波器和频谱仪测试显示,所设计的满足设计要求。
关键词:

0 引言
和窄带雷达相比,宽带雷达具有高的距离分辨率,可以获取更多、更详细的目标信息,从而更好的完成目标成像和识别。宽带雷达主要应用在合成孔径或逆合成孔径雷达成像中,宽带雷达信号处理理论和技术还不成熟。在宽带雷达背景下,目标在径向可分为多个距离单元,表现为多散射点模型。回波经过匹配滤波处理后形成一维距离像,对于运动目标而言,窄带雷达可以采用相参积累或非相参积累来提高信噪比,而宽带雷达在积累时间内多周期回波存在跨距离单元走动,在速度很高时,甚至在相邻周期内目标的运动都会跨越一个距离单元,这大大影响了积累的效果。在宽带雷达条件下,海杂波幅度概率密度函数有较长的尾部,偏离瑞利特性,常用对数正态分布、韦布尔分布和K分布来描述。
随着现代电子技术与雷达技术的发展,特别是脉冲压缩技术的广泛应用,对雷达信号源的要求在质量、频带宽度、频率捷变速度等方面上有了极大的提高。数字直接合成技术(Direct Digital Synthesis,DDS)和锁相环技术(Phase Locked Loop,PLL)是现代雷达信号合成采用的主要技术。数字直接合成技术虽然有全数字化结构、频率转换时间短、分辨率高、相位噪声低等优点,但仍存在着一些不足,主要是它的合成频率相对较低,这一点限制了其在应用上的范围。锁相环技术则具有频带宽、工作频率高、频谱质量好等优点,但是PLL在频率分辨率、建立时间等方面远不如DDS。
研究宽带雷达信号处理中存在的问题具有重要的理论和现实意义。对宽带雷达进行建模仿真,可以验证宽带雷达信号处理算法,但实测的宽带雷达回波数据更能直接体现、验证、证明其算法的正确性、有效性。由于美国AD公司(Analog Devices Inc)新推出的芯片是一款高性能DDS芯片,具有很宽的工作频带,输出频率范围可到400 MHz,完全满足雷达设计要求,因此在设计中采用AD9858芯片。
本文给出了产生中心频率为1 GHz,带宽为800 MHz的的雷达信号源的设计方案。

1 DDS性能分析
在现代电子技术的飞速发展过程中,频率合成大致经历了从直接模拟频率合成,到基于PLL的锁相式频率合成,再到DDS的三代发展。
直接模拟频率合成技术指的是通过能够实现混频、分频、倍频、差频等数学运算的模拟电路,使得一个或多个既有的参考频率合成所需要的频率。但是这项技术所需设备体积和功耗都比较大,尽管其频率转换时间快,因此在目前的电子技术发展趋势下,直接模拟频率合成已基本不被采用。
目前技术发展成熟,集成度较高,能够广泛运用于各种电路的设计中的是基于PLL的锁相式频率合成技术。该技术的优点在于具有很宽的输出频率范围,且抑制寄生输出噪声的能力很强,因而输出频谱的纯度很高,但它也存在频率切换的时间较长的缺点。
近十几年来,DDS技术得到了飞速的发展,它具有如下优点:相对带宽较宽;频率转换时间较短;频率分辨率较高;能够产生相位连续信号;可产生宽带正交信号及其他多种调制信号;可编程和全数字化、控制灵活方便;具有极高的性价比等。目前最常用的DDS实现方案有以下三种:高性能DDS芯片方案、低频正弦波DDS芯片方案、基于FPGA芯片方案。本文采用的是高性能DDS芯片AD9858方案。

2 宽带雷达信号源设计
微型宽带雷达实验系统发射1 GHz+400 MHz的线性调频信号,要求信号带外抑制不小于55 dB,杂散抑制不小于35 dBc。
本文采用DDS技术加上变频和倍频链方案产生发射信号,这样可以使倍频次数尽量减少,从而减少倍频引入的杂散。宽带信号源由基带信号源、上变频和倍频链组成,上变频采用改进型折叠吉尔伯特结构,转换增益约为8.5dB;倍频链采用三级倍频,输出功率大于等于13dBm。宽带信号源的结构框图如图1所示。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/153515.htm

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DDS是第三代频率合成技术,具有相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、高性价比等优点。随着现代集成电路的发展,高性能DDS芯片的工作时钟越来越高,输出带宽越来越宽。AD9858直接器的应用非常广泛灵活。它是由一个高效率的DDS核,一个32位的相位累加器,一个14位的相位偏移调整器,一个频率为109次采样的10位数膜转换器四部分组成。并且高性能DDS芯片AD9858增加了自动扫频的功能,提供了频率达2 GHz的混频器,一个相位频率检测器以及一个可编程的带有高级快锁功能的电荷泵。AD9858提供了串行和并行控制接口,通过这两个控制接口可以写数据到片内数字寄存器控制所有操作,很容易配置AD9858。四组用户频率相位控制字(profi les)能由片外的两个脚选定。这些用户可以单独选择设定频率转换字和相位偏移字。AD9858可以进行单音模式和扫频模式的切换。为了省电,还能使AD9858工作在可编程的全睡眠模式,这种模式下多数器件功率降低从而减小电流。
基带信号源产生(200+50)MHz的基带线性调频信号,以AD公司高性能AD9858芯片和Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA芯片为核心,由AD98 58芯片、FPGA芯片、带通滤波器、射频放大器和电源组成。

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