P波段小步進頻率合成器的研制
2.2 鎖相模塊設計
這部分是整個頻率綜合器的核心,它以10MHz為頻率步進產生我們所需的射頻信號,并在環路內實現了調頻,頻率捷變直接VCO等功能。
QPE3336集成了VCO分頻,參考分頻和鑒相等功能,它的VCO輸入信號頻率的典型值可達3GHz,它具有高的鑒相增益,Kφ=0.403V/Rad,低的相噪基底,可達-150dBc/Hz@20kHz,寬的動態范圍等特點。它的控制接口采用16位并行總線,均為TTL/CMOS電平,并設有失鎖指示,44腳PLCC封裝,體積小,是理想的數字鎖相環芯片。
PE3336的控制接口包括了4位參考分頻值輸入R0~R3,12位VCO分頻值輸入,其中M0~M3,為分頻值個位輸入,A0~A6,為分頻值十位輸入,PREEN是控制VCO的分頻值是否超過128。
PE3336用于PLL頻率綜合器的系統框圖如圖2所示。
用PE3336芯片組成的頻率合成器還應包括低通濾波器、壓控振蕩器等。如圖(2)所示,簡單介紹如下:
(1)低通濾波器
低通濾波器采用有源濾波器,為防止鑒相泄漏,加上了預濾波器,如圖3所示。
根據PLL理論可知,R1、R2、C、Cc與環路帶寬ωn,環路阻尼因子號,VCO的壓控靈敏度KVCO,鑒相增益Kφ,及分頻比N的關系有:
環路帶寬ωn的選取要綜合考慮環路的相位噪聲,頻率轉換時間和運算放大器的工作帶寬。在此,我們ωn=300kHz,阻尼因子號取在1~2之間,取定這些參數則有源濾波器的元件參數就可以確定了。
(2)調頻工作原理
在PE3336主鎖相環內進行調頻的工作原理如圖4所示。頻率調制是由調制信號電壓UΩ加在壓控振蕩器的控制端,利用載波跟蹤環而實現的。
由鎖相環理論可以知道,為實現線性調頻必須使環路等效低通濾波器帶寬小于最低調制頻率Ωmin,在本系統中調制信號最低頻率為200Hz,因此需將原300KHz的環路帶寬降到100Hz以下。故采用了一個選擇開關,當不調頻時環路帶寬為300kHz,當選擇調頻時環路帶寬變為100Hz。
3 實驗結果
通過對頻率源的測試得出如下結論:
頻率范圍:0.5~1GHz
頻率轉換時間:
正常工作模式下:6~10μs
直接VCO模式下:≤2μs
置頻步長(或頻率分辨率):
正常工作模式下:在頻率范圍內大步進為10MHz~500MHz,
小步進為0.5MHz。
直接VCO模式下:≤1%的波段中心頻率
頻率穩定度:
正常工作模式下,優于1×10-7/日
直接VCO模式下,優于1×10-5/日
相位噪聲: -85dBc/Hz@10KHz~-80dBc/Hz@10kHz
諧波電平抑制:優于-25dBc~30dBc輸出功率:10~11dBm
調頻功能:具備三角波、正弦波調頻,
正弦波調頻:調制頻率范圍:0.1~1MHz調頻帶寬>100MHz
三角波調頻:調制頻率范圍:200~500Hz調頻帶寬>100MHz
通過具體測量得出試驗數據能滿足設計要求有些指標優于設計參數。
4 結束語
現代雷達頻率綜合器是一門復雜的電子電路技術。技術難度大,因此對設計人員的設計思路、設計基礎有較高的要求。國內雷達整機單位均在研制雷達頻率綜合器。但大多數是采用直接式頻率和成方案。而間接式頻率綜合器也有其自身的優勢,從體積、成本等方面還有潛力可挖。因受到器件及設計思路的和結構方面的原因,國內的頻率綜合器與國外的相比還有一定差距。為此我們還要進行,更細致、深入的研究,力爭趕超國際先進水平。
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