超寬帶雷達(dá)信號(hào)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要： 介紹了一種超寬帶雷達(dá)信號(hào)波形產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，信號(hào)由DDS+PLL+混頻器產(chǎn)生。該產(chǎn)生器采用高性能數(shù)字鎖相環(huán)芯片Q3236、壓控振蕩器Q3500-0916T和混頻器IAM-81008構(gòu)成核心單元，利用新型低頻和超帶寬帶通濾波器完成超寬帶雷達(dá)信號(hào)。這種超寬帶雷達(dá)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)對(duì)提高現(xiàn)有雷達(dá)的性能以及研制新一代高性能雷達(dá)都具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 超寬帶 直接數(shù)字合成 鎖相環(huán) 混頻器 濾波器

雷達(dá)是對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行無(wú)線電探測(cè)、定位、測(cè)軌和識(shí)別的電子設(shè)備，無(wú)論對(duì)軍用還是對(duì)民用，都占據(jù)重要位置。雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展，促使雷達(dá)性能不斷提高，就雷達(dá)信號(hào)而言，已由傳統(tǒng)的模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)方向發(fā)展。傳統(tǒng)的雷達(dá)信號(hào)只有連續(xù)波和矩形包絡(luò)射頻脈沖兩種形式，技術(shù)雖然成熟，但采用此種信號(hào)的雷達(dá)，目標(biāo)參數(shù)的測(cè)量能力和精度均受到限制，遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)展的要求[1]?；谶@一點(diǎn)，本文采用DDS+PLL+混頻器+濾波器技術(shù)，設(shè)計(jì)一種具有寬頻帶、高穩(wěn)定度和快速跳變的超寬帶雷達(dá)信號(hào)[2]。這種超寬帶雷達(dá)信號(hào)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高現(xiàn)有雷達(dá)的性能以及研制新一代高性能雷達(dá)都具有重要意義。

1 總體方案的擬定

超寬帶雷達(dá)信號(hào)電路方框圖如圖1所示。它的基本原理是利用參考源DDS[3～4]的微小頻率變化激勵(lì)鎖相環(huán)輸出頻率f0的大范圍變化，具體公式如下：

本文以產(chǎn)生160MHz~650MHz的超寬帶信號(hào)為例，輸入的較低頻率由DDS產(chǎn)生，輸出的較高頻率由DDS+PLL+混頻器產(chǎn)生，即用3.3MHz的DDS輸出信號(hào)激勵(lì)PLL，產(chǎn)生1160MHz~1650MHz信號(hào)。該信號(hào)與1000MHz本振混頻即可產(chǎn)生160MHz~650MHz信號(hào)(其中N=32，M=360)。

2 單元電路的選擇、設(shè)計(jì)與仿真

鎖相環(huán)由Qualcomm公司新推出的高性能數(shù)字鎖相環(huán)芯片Q3236、壓控振蕩器Q3500C-0916T和抑制濾波器組成，混頻器采用HP公司的IAM-81008。放大器中的反饋放大器采用微波單片集成放大器，選用HP公司的INA-02186硅雙極MMIC反饋放大器；而線性放大器選用MC10H115，是四個(gè)用于整形且通過(guò)長(zhǎng)線傳輸不同信號(hào)的放大器。本地振蕩器采用一個(gè)晶振倍頻源，倍頻至1000MHz，為降低倍頻源的輸出雜散分量，在輸出端進(jìn)行濾波，以得到頻譜純凈的本振源信號(hào)。為了縮短頻率合成器頻率的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在鎖相環(huán)路基礎(chǔ)上外加快速捕獲電路?？焖俨东@電路是采用頻率數(shù)字變換輔助捕獲方法獲得捕獲的。

圖1中的環(huán)路濾波器采用帶預(yù)積分的有源積分濾波器[1],如圖2所示。


就阻帶衰減的陡度而言，以橢圓函數(shù)濾波器最好，所以抑制濾波器選擇橢圓函數(shù)濾波器。在本電路中，參考輸入頻率為10MHz，參考分頻比為3，故鑒頻鑒相器輸出為3.33MHz。為降低整個(gè)頻率綜合器的雜散噪聲和相位噪聲，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到從0~1.2MHz的范圍內(nèi)衰減不大于0.2dB，而3MHz以上的范圍衰減大于60dB，最后設(shè)計(jì)的抑制濾波器如圖3所示。其幅頻特性如圖4所示。

為了達(dá)到超帶寬，160MHz~650MHz帶通濾波器采用電容耦合的節(jié)點(diǎn)耦合濾波器[5]進(jìn)行設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的濾波器電路如圖5所示。

對(duì)所設(shè)計(jì)的帶通濾波器用PSPICE進(jìn)行仿真，其幅頻特性(V(R2))如圖6所示。

3 系統(tǒng)的連線與測(cè)試

在完成上述單元電路器件的選擇和設(shè)計(jì)以后，用PROTEL對(duì)電路的PCB板圖進(jìn)行具體布局和布線。在布線的過(guò)程中要注意電源的供電、器件的接地和耦合器件間的屏蔽。最后對(duì)所設(shè)計(jì)的超寬帶雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生電路的信號(hào)產(chǎn)生結(jié)果進(jìn)行仿真。其仿真結(jié)果如圖7所示。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，電路最終產(chǎn)生的結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的信號(hào)形式和工作頻率范圍內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

超寬帶高穩(wěn)定雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生電路對(duì)提高現(xiàn)有雷達(dá)的性能以及研制新一代高性能雷達(dá)都具有非常重要的意義。它不僅增強(qiáng)雷達(dá)的反干擾能力，有效地對(duì)付導(dǎo)彈輻射，而且由于其相對(duì)帶寬和絕對(duì)帶寬都比較寬，在雷達(dá)成像、雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別、雷達(dá)低仰角跟蹤等方面都有重要的應(yīng)用；它是新一代雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。