某型導引頭小型化頻率綜合器的研制

摘要：頻率源是現代通訊系統必不可少的關鍵電路，是決定電子系統性能的關鍵設備。雷達、電子對抗、通訊等技術的迅猛發展，對頻率源提出了越來越高的要求。文中論述了一種小型化雷達導引頭用頻率綜合器的設計和實現。在方案論證中對各項指標做了細致的分析，保證了方案的可行性。實際測試證明該系統有著很好的性能表現。
關鍵詞：頻率捷變；頻率合成器；導引頭

本頻率綜合器用于某型雷達導引頭．產生全系統所需各種頻率的全相參信號，主要有發射中頻信號、本振中頻信號、微波基準信號、相參本振信號、系統時鐘信號。其輸出信號形式為非線性調頻、簡單脈沖信號、步進頻信號。頻綜系統要求重量輕、體積小，沖擊與振動符合彈載要求并有良好的電磁兼容性。

1 系統主要指標及方案
1．1 主要指標
(1)發射中頻信號
中心頻率：L波段；
相位噪聲：≤-90dBc／Hz@1kHz；
雜散：≤-60dBc；
諧波：≤-45dBc；
信號形式：非線性調頻脈沖信號與簡單脈沖信號可選。
①非線性調頻脈沖信號
調頻帶寬：5MHz；
脈沖寬度：1．2μs 20μs 80μs可控；
脈沖重復周期：300μs可變；
②簡單脈沖
脈沖寬度：200ns；
脈沖重復周期：300μs可變。
(2)微波基準信號
起始頻率：X波段；
信號形式：點頻連續波與步進頻信號可選；
調頻間隔：1MHz；
調頻點數：128點；
調頻時間：≤20μs；
相位噪聲：-99dBc／Hz@1kHz；
振動環境下相位噪聲惡化： 25dB (偏離載頻1kHz)；
雜散：-60dBc±3MHz帶外，-75dBc；±3MHz帶內。
1．2 系統方案設計
由指標可以看出，該系統輸出相噪與雜散要求指標較高，且要實現快速的步進頻信號。所以使用單個鎖相環難以實現，因此采用了乒乓環的形式。鎖相環芯片選用AD公司ADF4107，鑒相頻率6MHz，產生步進間隔6MHz的C波段信號，六分頻后產生步進間隔1MHz的P波段信號，最后與X波段信號相混頻產生所需的微波基準信號。
波形產生選用AD公司的AD9957。恒溫晶振輸出作為AD9957參考時鐘，通過AD9957芯片內部鎖相環電路倍頻至所需系統時鐘。將非線性調頻信號的I路和O路數據寫入控制FPCA的內部RAM中，通過一定的時序以發射觸發脈沖前沿作為信號輸出，在AD9957內部將基帶數據調制到240MHz載頻上。點頻PLL產生L波段信號，與AD9957輸出信號混頻產生所需的發射中頻信號(見圖1)。

2 系統性能指標分析論證
2．1 相位噪聲分析
發射中頻信號是由AD9957輸出的信號與PLL點頻源輸出的L波段信號混頻得到。AD9957的內部1GHz系統時鐘由外部出入參考信號經過其內部鎖相倍頻得到。AD9957參考手冊中50MHz輸入使用內部倍頻器倍頻至1GHz輸出201．1MHz，偏離載頻1kHz處相位噪聲為-118dBc／Hz，由此推定AD9957輸出信號相位噪聲應小于-110dBc／Hz@1kHz，L波段信號是由恒溫晶振信號作為參考輸入，以12MHz作為鑒相頻率進行104次倍頻獲得。采用集成鎖相環AD4107，其噪聲基底為-219 dBc／Hz@1kHz，所以輸出L波段信號相噪為：-219+20lg104+10lg12000000=-107．8dBc／ Hz@1kHz。假設混頻后附加3dB損失，獲得的發射中頻信號相位噪聲應優于-104dBc／Hz@1kHz，滿足指標要求。
微波基準信號是由乒乓環輸出C波段信號六分頻后產生P波段信號，再與X波段信號相混頻濾波得到。乒乓環中輸出最高頻率為4836MHz，兩個鎖相環均以6MHz作為鑒相頻率，因此其相噪最差為-219+20lg (4836／6)+10lg (6000000)=-93 dBe／Hz@1kHz，經過6分頻后相位噪聲為：-93-20lg(6)=-108 dBc／Hz@1kHz。X波段信號是由恒溫晶振信號倍頻得到，相位噪聲為-105 dBc／Hz@1kHz。混頻后附加3dB損失，則微波基準信號相噪為：-102dBc／Hz@1kHz，滿足指標要求。
2．2 雜散及諧波分析
頻率合成中，雜散信號的來源主要由于倍頻、混頻及信號通道之間的串擾造成。
發射中頻信號是由L波段信號與DDS輸出的240MHz信號混頻得到，DDS輸出的雜散在-70dBc以下，L波段信號是由鎖相環產生，其雜散主要是鑒相頻率以及鑒相頻率的各次諧波所產生。這種雜散的抑制可以依靠優化環路濾波器等各種措施來完成，可以做到-70 dBc以下。混頻后的雜散通過濾波器濾除可優于-65dBc，諧波優于-50dBc。
微波基準信號是由乒乓環輸出C波段信號六分頻后產生P波段信號，再與X波段信號相混頻濾波得到。X波段的雜散主要是240MHz的各次諧波，通過濾波器可將雜散抑制在-80dBc以下，乒乓環輸出雜散在-70dBc以下，經分頻后雜散優于-80dBc。由于目前二選一開關隔離可以做到-85 dB以下，因此而兩個鎖相環通過二選一開關泄漏到另一路所引起的雜散可以忽略。混頻后的雜散通過濾波器濾除到-75dB以下，并對諧波進行抑制，最終輸出的微波基準信號雜散應優于-75 dB。

3 結構設計
由于是彈載應用，考慮到體積重量要求以及振動沖擊等工作環境，頻綜結構設計時盡量減少多余電路和腔體，并通過合理選擇同定方式保證整體強度。頻率綜合器采用兩個模塊，并分別使用鋼絲繩減振器進行震動隔離。模塊一含頻標信號產生板、發射中頻信號產牛板、電源板；模塊二含低頻信號產生板、倍頻濾波放大組件。兩個模塊之間通過9芯微矩形連接器插座進行電源的連接，通過SSMA接頭射頻電纜進行射頻信號的連接。