摘要：介紹了基于DDS的米波段頻率綜合器的工作原理，給出了設計方案，并針對DDS固有高階交調雜散采用了雙路參考信號的設計，得到了良好的實驗結果。
關鍵詞：DDS固有高階交調雜散；雙路參考信號；低相噪低雜散
近年來米波雷達是重點發(fā)展方向之一，受到普遍重視，世界各國把發(fā)展米波雷達放到雷達探測系統(tǒng)的重要位置。盡管米波雷達作用距離遠、成本低，并且具有較好的反隱身和抗反輻射導彈的能力，隨著雷達和無線電技術的發(fā)展，對頻率資源的開發(fā)利用的更加深入，擴展雷達所面臨的電磁環(huán)境也越來越復雜。針對以上現(xiàn)狀，雷達需要從嚴重的雜波環(huán)境中分辨目標，要求其頻綜具有低相噪、低雜散的特性，以提高雷達的改善因子。本文采用基于FPGA+DDS的控制及雙路參考信號的設計，對該米波雷達頻綜進行了低雜散、低相噪的設計。測試結果表明，本系統(tǒng)可有效規(guī)避DDS同有雜散，達到系統(tǒng)設計要求。
1 頻綜系統(tǒng)實現(xiàn)方案設計
1．1 系統(tǒng)指標要求
該頻綜工作在P波段：相位噪聲(點頻連續(xù)波測試)：≤-130dBc／Hz(偏離載頻1kHz處)；輸出信號雜散：≤-60dBc；頻率間隔：10kHz。
1．2 系統(tǒng)方案選擇
根據(jù)該頻綜頻率低、頻率間隔小、點數(shù)多、跳頻時間比較短的特點，結合現(xiàn)有頻率綜合器頻率合成方法，經(jīng)過詳細對比，本文選擇基于DDS的直接式頻率合成方案，該方案成本低、技術成熟、系統(tǒng)靈活可靠。
1．3 基于DDS的米波頻綜系統(tǒng)設計
方案系統(tǒng)框圖如圖1所示。
本系統(tǒng)中選用的DDS為AD公司的AD9910。該器件主要特點如下：1GSPS的內部時鐘速率和高達400MHz的模擬輸出信號；內置1CSPS、14位DAC；在1GPSP采樣速率下，頻率分辨率為0．23Hz；載頻為400MHz時，相位噪聲≤-125dBC／Hz@1kHz；無雜散動態(tài)范圍(SFDR)高達80 dB以上；內部采用1．8 V和3．3V供電，超低功耗；支持四種工作模式：單頻調制模式、RAM調制模式、數(shù)控數(shù)字斜坡調制模式和并行數(shù)據(jù)端口調制模式；內置的高速并行數(shù)據(jù)輸入端口能實現(xiàn)直接頻率、相位、振幅或極化調制，以支持更高級的調制功能。
參考信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生相參考信號和時鐘信號供給雷達總站使用，同時該模塊還產(chǎn)生射頻信號產(chǎn)生模塊所需的雙路參考信號與第二本振信號；射頻模塊將來自參考模塊的參考信號進行頻率合成，產(chǎn)生雷達總站需要的第一本振信號及激勵信號。
晶振產(chǎn)生的基準信號經(jīng)過四功分后，第一路信號濾波、隔離直接產(chǎn)生系統(tǒng)需要的相參信號；第二路信號經(jīng)濾波、隔離作為DDS的輸入時鐘信號。時鐘信號及第二本振信號均南DDS產(chǎn)生；第三路、第四路信號經(jīng)一系列濾波放大后，產(chǎn)生射頻信號產(chǎn)生模塊需要的雙路參考信號。
參考信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的參考信號fref進入射頻信號產(chǎn)生模塊中的功分器功分為：fref和fref1。其中fref進入發(fā)射單元的DDS進行頻率變換，經(jīng)過放大濾波后再進入三選一開關濾波組件即可得到本振信號fc；fref1經(jīng)過隔離后，與DDS的第二路參考信號fref2進入二選一開關；根據(jù)對DDS固有雜散進行分析后得到的計算結果，在輸出某幾段頻率時，由控制信號切換輸入?yún)⒖夹盘栴l率，同時對DDS進行復位，讀取預存在FPGA地址中的另一組程序；信號進入三選一開關濾波組件后冉經(jīng)過放大濾波即可得到第一本振信號flo。以上工作模式，可有效抑制DDS
由于輸入信號頻率固定而產(chǎn)生較大的高階交調雜散。
2 指標分析
2．1 雜散分析
近端雜散產(chǎn)生的來源主要來自于以下2個方面：晶振自身的雜波及電源帶來的各種干擾。根據(jù)以往設計的經(jīng)驗，選擇雜散指標高的晶振，并對每個模塊做合理的電源濾波，近端雜散能夠滿足上述指標。
遠端雜散的來源主要由于倍頻、DDS固有雜散及信號通道之間的串擾造成，因此要實現(xiàn)頻率綜合器的低雜散，必須在方案設計過程中選擇合適的濾波器，合理分配濾波器指標，認真進行DDS固有雜散設計分析。在工程設計時，對信號通道之間的隔離、信號反串等的抑制重點考慮，電磁兼容方面合理沒計電源濾波、接地、屏蔽和電纜的選擇與布線。
2．2 相噪分析
輸入DDS的參考信號是由晶振經(jīng)N次倍頻得到的倍頻數(shù)最高為10次，考慮附加損失5dB，其相噪為：-155+20lg10+附加5dB=-130dBc／Hz@ 1kHz；查AD9910參考手冊可知在PLL禁用的情況下1GHz工作頻率下輸出P波段信號時相噪為：-140dBc／Hz@1kHz；考慮DDS內部不使用PLL環(huán)時可以對輸出信號的相噪進行改善，則可推出該參考信號輸入DDS時，輸出的P波段信號相噪應小于-145dBc／Hz@1kHz；
3 測試結果
圖2為采用安捷倫E4447A頻譜儀測試DDS輸入?yún)⒖夹盘杅ref1時DDS的頻譜曲線。
圖3為采用安捷倫E4447A頻譜儀測試DDS輸入?yún)⒖夹盘杅ref2時DDS的頻譜曲線。
圖4為采用安捷倫E5052B信號源分析儀測試該頻綜輸出發(fā)射激勵信號的相噪曲線。
4 結束語
該雷達頻率綜合器主要特點是低相噪、低雜散。DDS技術中其輸出頻譜雜散較大的原因是固有的缺陷，良好的雜散抑制方法對設計性能的直接數(shù)字頻率綜合器有重要意義。本文從工程的角度出發(fā)對基于DDS的直接式頻綜進行了雙通道參考信號的設計，對于規(guī)避高階交互調雜散具有明顯效果。所取得的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗對今后的工程設計具有一定的指導意義。
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