X波段間接式頻率綜合器的設計

　　1 引言

　　頻率源是所有電子系統(雷達、通訊、測控、導航等)的基本信號來源，其主要包括固定頻率源和合成頻率源兩類。其中合成頻率源又稱頻率合成(綜合)器，按其構成方式可分為直接式和間接式。采用鎖相環(PLL)技術的間接頻率合成器目前應用最為廣泛。直接模擬頻率合成器(DAS)采用倍頻器、分頻器、混頻器及微波開關來實現頻率合成，具有最優的近端相位噪聲和高速捷變頻特性，但結構復雜、成本昂貴的特點限制其只能應用于雷達等高端領域。直接數字合成器(DDS)目前也得到了廣泛應用，但高性能DDS產品的輸出頻率還有待提高，在微波領域其往往與鎖相技術結合以混合方式實現微波頻率合成。鎖相技術與直接式倍頻器或DDS相結合的混合式頻率合成器在提高系統性能的同時降低了DAS合成方式的成本，已逐漸取代部分DAS合成頻率源應用在高性能頻率源領域。

　　2 主要功能、技術指標和方案分析

　　2.1 主要功能及技術指標

　　根據技術要求，該頻綜器的輸出信號包括一本振、主振等五路輸出信號;二本振、主振信號分別為L波段、X波段的寬帶捷變頻輸出，一本振信號為X波段的固定頻率輸出，另一路為15MHz固定頻率TTL電平輸出，并具有主振輸出預調制、BPSK等功能，所有輸出頻率共用一個恒溫晶體振蕩器作為參考源，以確保各路輸出頻率相參。主振信號的主要技術指標如下：

　　輸出頻率：X波段(帶寬大于200MHz)

　　頻率間隔：15MHz

　　輸出功率：10dBm±1dB

　　跳頻時間：≤50μs

　　雜波抑制：≤-70dBc

　　相噪(dBc/Hz)：-95 @1kHz -100 @10kHz

　　-100 @10kHz -125 @1MHz

　　2.2 方案分析

　　由于系統對頻綜器的相位噪聲指標要求比較高，所以針對固定輸出或內部使用的頻率點，我們采用DAS技術，通過分頻、倍頻、混頻、濾波、放大等方式，得到所需要的輸出頻率。針對捷變頻輸出，因為相位噪聲指標要求比較高，輸出頻率點較多，達12個頻率點，而跳頻時間要求≤50μs，所以采用單環PLL技術，先得到二本振(LO2)信號，再從二本振耦合一路輸出與微波基準(PDRO)混頻，將輸出頻率搬移到高頻頻段上，即可得到主振信號，這樣做可保持相噪最佳，以保證二本振和主振信號的相位噪聲和跳頻時間指標。通過設計小體積的濾波器、微封裝的放大器、開關等，合理地選擇頻率，配置功率電平，可充分發揮DAS低相噪和PLL捷變頻的優點，并且能夠滿足雜波抑制等技術指標的要求。

　　(a)模塊劃分

　　(b)總體框圖

　　圖1 X波段頻率綜合器組成框圖

　　通過以上分析，我們將頻綜器分成兩個模塊，其組成框圖如圖1所示。中頻源模塊通過分頻、倍頻、鎖相、濾波、放大等相應處理，產生100MHz、240MHz、300MHz和LO2信號;微波源模塊主要是利用中頻源模塊產生的100MHz、240MHz、300MHz和LO2信號，通過混頻、鎖相、濾波、放大等相應處理，得到主振 (FT)等信號。

　　(1)相位噪聲特性分析

　　對于恒溫晶振，考慮到各路信號的頻率穩定度、相位噪聲要求以及15MHz輸出精度為±100Hz，我們選用的恒溫晶振的相位噪聲為￡(1kHz)=-150dBc/Hz，設定頻率精度為±0.5 ppm，溫度穩定度為±0.5ppm，可以滿足要求。

　　由于分頻器存在基底相噪，為-140dBc/Hz@lkHz，考慮到12倍頻對相噪的惡化，5、16分頻對相噪的改善，則-150+20lg12-20lg(5×16)優于分頻器的基底相噪，則15MHz信號的相噪應為￡(1kHz)=-140dBc/Hz左右，240MHz的相噪優于-130dBc/Hz@lkHz是容易保證的。同理，在300MHz合成源中，對晶振信號的倍頻次數為3，則300MHz信號的相噪優于-150+20lg3=-140dBc/Hz@lkHz。

　　因15MHz的相位噪聲為￡(1kHz)=-140dBc/Hz，而PLL中鑒相器ADF4106的相噪基底約為-146dBc/Hz@1kHz，PLL的分頻比為N<80，所以LO2的相噪優于￡(1kHz)=-140+20lg80=-102dBc/Hz。

　　因240MHz的相位噪聲優于-130dBc/Hz@1kHz，且PDRO對晶振信號的倍頻次數<100，則它的相噪至少可達到-150+(20lg100+3)=-107dBc/Hz@1kHz，經過一級混頻后，考慮到混頻環節對相位噪聲的影響，則LO1的相位噪聲優于￡(1KHz)=-107+3=-104dBc/Hz，可以滿足技術指標的要求。

　　同樣地，經過兩級混頻后，考慮到混頻環節對相位噪聲的影響，則主振信號的相位噪聲優于￡(1KHz)=-102+3=-99dBc/Hz，可以滿足技術指標的要求。