基于DDS的超寬帶高性能微波頻率源研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代雷達技術(shù)的快速發(fā)展，低相位噪聲、低雜散、捷變頻的超寬帶頻率合成器已經(jīng)成為頻率合成器研究的主要趨勢。在被廣泛應用的線性調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達系統(tǒng)中，高線性度、低相位噪聲的線性調(diào)頻頻率源是實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)良性能的重要前提。本文采用當前流行的直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)與鎖相環(huán)頻率合成(PLL)相結(jié)合的技術(shù)，研制成功了一款工作帶寬達4GHz的C波段低相位噪聲的頻率合成器。本文主要研究進展包括:
　　(1)進行了C波段寬帶頻率合成

2、器的系統(tǒng)方案論證和分析設計。根據(jù)某毫米波FMCW雷達系統(tǒng)總體性能要求，確定了C波段寬帶頻率合成器的具體的技術(shù)指標。為了同時滿足輸出信號具有快速掃描、低相位噪聲、低雜散的要求，通過調(diào)研分析現(xiàn)有頻率合成技術(shù)，結(jié)合具體指標，提出了以寬帶DDS作為參考信號的PLL頻率源設計方案，闡述了該方案的工作原理，并對關(guān)鍵技術(shù)指標進行了理論分析與仿真計算。
　　(2)基于ADI公司生產(chǎn)的AD9914芯片研制完成了500MHz帶寬的DDS頻率合成器。所

3、解決的關(guān)鍵技術(shù)包括:高次倍頻鏈路設計、高速數(shù)/模電路電磁兼容設計、單片機控制程序設計與調(diào)試。為獲得低相位噪聲的DDS參考時鐘信號，采用階躍恢復二極管，以100MHz恒溫晶振激勵，設計了28次高次倍頻鏈路。實驗結(jié)果表明，該倍頻鏈在2.8 GHz頻點上輸出功率為0.3dBm，諧波抑制度優(yōu)于55dBc，相位噪聲優(yōu)于-123.9dBc/Hz@100kHz，與仿真計算數(shù)據(jù)相一致。采用TI公司的MSP430F5529單片機，設計了AD9914的控制

4、電路，完成了控制軟件的流程設計與編程。PCB設計中充分考慮了高速數(shù)字電路的電磁兼容性問題。對硬件電路和控制軟件進行了大量的調(diào)試，研制成功了寬帶DDS模塊。實測結(jié)果表明，該模塊輸出頻率范圍為500MHz～1000MHz，相位噪聲優(yōu)于-130dBc/Hz@100kHz，掃頻周期為20ms。該DDS頻率合成器為后級的寬帶PLL頻率源提供了低相位噪聲、高頻率分辨率的參考信號。
　　(3)完成了C波段寬帶鎖相環(huán)頻率合成器設計。PLL鑒相器選

5、擇具有極低附加噪聲的數(shù)字鑒頻鑒相器HMC439，該鑒相器不僅降低PLL頻率源的相位噪聲，而且最大輸入頻率達到1.3GHz的特性。根據(jù)相位噪聲及鎖定時間等指標要求，對鎖相環(huán)路濾波器的帶寬及其它參數(shù)進行仿真優(yōu)化和調(diào)試。實驗結(jié)果表明:C波段鎖相環(huán)頻率源輸出頻率范圍4.1GHz～8.1GHz，相位噪聲低于-116dBc/Hz@10kHz、-116dBc/Hz@100kHz、-114dBc/Hz@1MHz。
　　(4)將DDS頻率源與C波段

6、鎖相環(huán)頻率合成器進行集成，以DDS輸出信號作為PLL頻率合成器的參考信號，研制成功了超寬帶、小步進、快速掃描的C波段頻率合成器。實測結(jié)果表明，該頻率源輸出頻率范圍為4.1GHz～8.1GHz，掃頻周期20ms，相位噪聲低于-110dBc/Hz@10kHz、-116dBc/Hz@100kHz。
　　本文研制的C寬帶頻率合成器具有低相位噪聲、高雜散抑制、體積小、重量輕、成本低、電路方案簡單等特點，已作為高性能寬帶頻率源應用于某型FMC