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X波段间接式频率综合器的方案分析
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2017-11-18
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1 引言
频率源是所有电子系统（雷达、通讯、测控、导航等）的基本信号来源，其主要包括固定频率源和合成频率源两类。其中合成频率源又称频率合成（综合）器，按其构成方式可分为直接式和间接式。采用锁相环（PLL）技术的间接频率合成器目前应用最为广泛。直接模拟频率合成器（DAS）采用倍频器、分频器、混频器及微波开关来实现频率合成，具有最优的近端相位噪声和高速捷变频特性，但结构复杂、成本昂贵的特点限制其只能应用于雷达等高端领域。直接数字合成器（DDS）目前也得到了广泛应用，但高性能DDS产品的输出频率还有待提高，在微波领域其往往与锁相技术结合以混合方式实现微波频率合成。锁相技术与直接式倍频器或DDS相结合的混合式频率合成器在提高系统性能的同时降低了DAS合成方式的成本，已逐渐取代部分DAS合成频率源应用在高性能频率源领域。
2 主要功能、技术指标和方案分析
2.1 主要功能及技术指标
根据技术要求，该频综器的输出信号包括一本振、主振等五路输出信号；二本振、主振信号分别为L波段、X波段的宽带捷变频输出，一本振信号为X波段的固定频率输出，另一路为15MHz固定频率TTL电平输出，并具有主振输出预调制、BPSK等功能，所有输出频率共用一个恒温晶体振荡器作为参考源，以确保各路输出频率相参。主振信号的主要技术指标如下：
输出频率：X波段（带宽大于200MHz）
频率间隔：15MHz
输出功率：10dBm±1dB
跳频时间：≤50μs
杂波抑制：≤-70dBc
相噪（dBc/Hz）：-95 @1kHz -100 @10kHz
-100 @10kHz -125 @1MHz
2.2 方案分析
由于系统对频综器的相位噪声指标要求比较高，所以针对固定输出或内部使用的频率点，我们采用DAS技术，通过分频、倍频、混频、滤波、放大等方式，得到所需要的输出频率。针对捷变频输出，因为相位噪声指标要求比较高，输出频率点较多，达12个频率点，而跳频时间要求≤50μs，所以采用单环PLL技术，先得到二本振（LO2）信号，再从二本振耦合一路输出与微波基准（PDRO）混频，将输出频率搬移到高频频段上，即可得到主振信号，这样做可保持相噪最佳，以保证二本振和主振信号的相位噪声和跳频时间指标。通过设计小体积的滤波器、微封装的放大器、开关等，合理地选择频率，配置功率电平，可充分发挥DAS低相噪和PLL捷变频的优点，并且能够满足杂波抑制等技术指标的要求。
（a）模块划分
（b）总体框图
图1 X波段频率综合器组成框图
通过以上分析，我们将频综器分成两个模块，其组成框图如图1所示。中频源模块通过分频、倍频、锁相、滤波、放大等相应处理，产生100MHz、240MHz、300MHz和LO2信号；微波源模块主要是利用中频源模块产生的100MHz、240MHz、300MHz和LO2信号，通过混频、锁相、滤波、放大等相应处理，得到主振 （FT）等信号。
频率源是所有电子系统（雷达、通讯、测控、导航等）的基本信号来源，其主要包括固定频率源和合成频率源两类。其中合成频率源又称频率合成（综合）器，按其构成方式可分为直接式和间接式。采用锁相环（PLL）技术的间接频率合成器目前应用最为广泛。直接模拟频率合成器（DAS）采用倍频器、分频器、混频器及微波开关来实现频率合成，具有最优的近端相位噪声和高速捷变频特性，但结构复杂、成本昂贵的特点限制其只能应用于雷达等高端领域。直接数字合成器（DDS）目前也得到了广泛应用，但高性能DDS产品的输出频率还有待提高，在微波领域其往往与锁相技术结合以混合方式实现微波频率合成。锁相技术与直接式倍频器或DDS相结合的混合式频率合成器在提高系统性能的同时降低了DAS合成方式的成本，已逐渐取代部分DAS合成频率源应用在高性能频率源领域。
2 主要功能、技术指标和方案分析
2.1 主要功能及技术指标
根据技术要求，该频综器的输出信号包括一本振、主振等五路输出信号；二本振、主振信号分别为L波段、X波段的宽带捷变频输出，一本振信号为X波段的固定频率输出，另一路为15MHz固定频率TTL电平输出，并具有主振输出预调制、BPSK等功能，所有输出频率共用一个恒温晶体振荡器作为参考源，以确保各路输出频率相参。主振信号的主要技术指标如下：
输出频率：X波段（带宽大于200MHz）
频率间隔：15MHz
输出功率：10dBm±1dB
跳频时间：≤50μs
杂波抑制：≤-70dBc
相噪（dBc/Hz）：-95 @1kHz -100 @10kHz
-100 @10kHz -125 @1MHz
2.2 方案分析
由于系统对频综器的相位噪声指标要求比较高，所以针对固定输出或内部使用的频率点，我们采用DAS技术，通过分频、倍频、混频、滤波、放大等方式，得到所需要的输出频率。针对捷变频输出，因为相位噪声指标要求比较高，输出频率点较多，达12个频率点，而跳频时间要求≤50μs，所以采用单环PLL技术，先得到二本振（LO2）信号，再从二本振耦合一路输出与微波基准（PDRO）混频，将输出频率搬移到高频频段上，即可得到主振信号，这样做可保持相噪最佳，以保证二本振和主振信号的相位噪声和跳频时间指标。通过设计小体积的滤波器、微封装的放大器、开关等，合理地选择频率，配置功率电平，可充分发挥DAS低相噪和PLL捷变频的优点，并且能够满足杂波抑制等技术指标的要求。
（a）模块划分
（b）总体框图
图1 X波段频率综合器组成框图
通过以上分析，我们将频综器分成两个模块，其组成框图如图1所示。中频源模块通过分频、倍频、锁相、滤波、放大等相应处理，产生100MHz、240MHz、300MHz和LO2信号；微波源模块主要是利用中频源模块产生的100MHz、240MHz、300MHz和LO2信号，通过混频、锁相、滤波、放大等相应处理，得到主振 （FT）等信号。
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