新闻中心

EEPW首页 > 嵌入式系统 > 设计应用 > 一种X波段多功能频率合成器的设计方法

一种X波段多功能频率合成器的设计方法

作者:时间:2014-05-09来源:网络收藏

摘要:文章介绍了一种X波段多功能频率合成器的设计方法,该方法以直接数字频率合成()和直接式模拟合成技术为基础,通过优化频率规划和引入相位噪声清除技术,改善了频率合成器杂散和相位噪声性能。雷达激励器采用了“任意波形产生()+IO调制”结构,除产生雷达激励波形外,兼具回波模拟器功能,实现了一个硬件平台,两种功能的一体化设计,具有良好的工程应用价值。文章给出了原理框图,并对相位噪声、杂散等方面做重点的介绍和分析,文末给出了测试结果。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/246609.htm

0 引言

频率合成器是通信、雷达、仪器仪表等电子系统的心脏,其好坏直接影响着电子系统的性能。随着电子技术的飞速发展,现代雷达对频率合成器的要求也越来越高,低相位噪声、低杂散、捷变频、小型化、模块化已成为雷达频率合成器的发展趋势。

传统的直接式频率合成利用倍频器、分频器和混频器对频率进行加减乘除运算,得到各种所需的频率,直接式频率合成器具有附加相位噪声低、捷变频等特点。通常,直接式频率合成器体积较大、成本较高,使得该技术的应用受到一定的限制,尤其在小频率步进的应用场合。本文通过在直接式频率合成中引入(直接数字频率合成)技术,通过直接式频率合成大带宽、大步进信号,通过合成小步进的频率信号,插入到直接式频率合成的大步进带宽内,从而实现大带宽、小步进的频率合成,有效缓减直接式频率合成器体积大、成本高的缺点。

本文所介绍的频率合成器,采用了激励器和目标模拟器一体化的设计思路,文章通过分析雷达回波信号和雷达激励信号的差异,设计了一种以“+IO调制”为基础的通用化的电路结构,该结构既能完成雷达激励波形产生,也可模拟雷达的各种回波信号。由于激励器和模拟器采用同一套电路结构,使激励器和模拟器一体化设计成为可能。本方案与分离的频率合成器模拟器相比,设备量更小、性价比高,具有很好的工程应用前景。

1 方案设计

1.1 激励器和模拟器的一体化设计

根据文献,雷达回波信号可以表述为:

 

 

从上式可以看出,雷达激励信号可以看作雷达回波信号的一种特例,当回波信号多普勒频率为零,

距离为某一定值,且位于天线波束宽度内时,回波信号与激励信号仅存在一个幅度上差别,这也是本文模拟器激励器一体化设计的依据。

雷达模拟器主要完成雷达波形与距离、多普勒频率、天线方向图的调制,由于雷达波形采用了基于DDWS(直接数字波形合成)的任意波形产生技术,所有雷达激励波形的采样信息存储在波形存储器中,通过寻址不同的存储空间,并将存储数据送入到数模转换器(DAC),从而完成雷达激励波形的重构。多普勒调制采用了文献的数字IQ调制器技术实现,如图1中的多普勒调制部分。在本频率合成器设计中,频率合成器实时接收雷达天线方位、俯仰角,解算出天线指向角与目标问的角误差,并对和差通道进行方向图的幅度相位调制,当天线指向角与航迹角相等时,角误差为0,雷达精确地跟踪上目标;当角误差超过雷达的波束宽度,判为目标丢失,关闭信号输出,直至雷达重新截获目标。完整中频回波模拟(激励器)信号流程如图1所示(仅和差三通道中的一路)。

 

 

1.2 方案设计

X波段频率合成器原理框图如图2所示,该合成器由9个模块组成,其中基准源和二本组件采用间接式频率合成技术,通过取样锁相技术将960MHz声表面波振荡器和1600MHz同轴介质振荡器分别锁定在80MHz晶体振荡器的12次和20次谐波上,附加相位噪声低。960MHz经二分频和四分频后得到480MHz和240MHz,分别用作任意波形发生器和频标组件的时钟(或基准)信号。频标组件由梳谱发生器和开关滤波组件组成,用于产生步进为240MHz、带宽960MHz的频标信号。DDFS选用ADI公司的DDS芯片AD9910为主芯片进行设计,为实现240MHz带宽内无缝的频率覆盖,DDFS先倍频后,再经由开关滤波后输出,二者混频滤波后产生捷变频的一本振信号。任意波形发生器用于产生中心频率为120MHz的中频激励波形,该信号与二本振、一本振通过二次变频后产生最终的激励信号,该信号耦合出一路信号,送入模拟器组件。模拟器组件主要功能是模拟三通道和差波束特性,其中距离衰减模拟采用衰减器实现,角度模拟采用高精度数控衰减器和移相器来实现。

 

 

2 性能分析

2.1 相位噪声

本频率合成器中近区相位噪声主要由晶体振荡器、倍频器及谐波发生器的剩余相位噪声决定,理论上,倍频器及谐波发生器对输入信号的相位噪声有20logN的恶化,而分频器对输入信号有20logN的改善作用,N为倍频或分频次数。本频率合成器选用的80MHz晶体振荡器相位噪声为-1 60dBc/Hz@1kHz,如图2所示,X波段一本振由频标组件和DDFS混频产生,频标组件以10GHz输出为例,相对于80MHz而言,其等效的倍频次数为125,则频标组件输出的相位噪声理论上为:

-1 60dBc/Hz@1kHz+20log 125=-11 8dBc/Hz@1kHz

960MHz时钟信号相噪为:

-160dBc/Hz@1kHz+20log12=-1 38dBc/Hz@1kHz

理论上,DDS可以看作一个小数分频器,DDS输出对输入信号有20logN的改善作用。根据AD9910数据手册,AD9910本底相位噪声较高,960MHz时钟信号的相位噪声性能远低于AD9910的本底相位噪声性能,所以DDFS输出的相位噪声将由AD9910决定。本方案中DDFS最高工作频率为300MHz左右,根据数据手册估算,其相噪指标约为-1 29dBc/Hz@1kHz,经倍频后噪声恶化为:

-1 29dBc/Hz@1kHz+20log2=-1 23dBc/Hz@1kHz

则频标组件和DDFS合成的相位噪声为114dBc/Hz@1kHz,考虑到工程上3~5dB的裕量,X波段频率合成器最终的相位噪声将达到-109dBc /Hz@1kHz。

模拟信号相关文章:什么是模拟信号


负离子发生器相关文章:负离子发生器原理
分频器相关文章:分频器原理
混频器相关文章:混频器原理
衰减器相关文章:衰减器原理
离子色谱仪相关文章:离子色谱仪原理

上一页 1 2 下一页

关键词: DDFS AWG

评论


相关推荐

技术专区

关闭