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(dá)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(shì)。在被廣泛應(yīng)用的線性調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)系統(tǒng)中，高線性度、低相位噪聲的線性調(diào)頻頻率源是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)良性能的重要前提。本文采用當(dāng)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(dá)4GHz的C波段低相位噪聲的頻率合成器。本文主要研究進(jìn)展包括:
　　(1)進(jìn)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(shè)計(jì)。根據(jù)某毫米波FMCW雷達(dá)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(biāo)。為了同時(shí)滿足輸出信號(hào)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(biāo)，提出了以寬帶DDS作為參考信號(hào)的PLL頻率源設(shè)計(jì)方案，闡述了該方案的工作原理，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了理論分析與仿真計(jì)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(shè)計(jì)、高速數(shù)/模電路電磁兼容設(shè)計(jì)、單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試。為獲得低相位噪聲的DDS參考時(shí)鐘信號(hào)，采用階躍恢復(fù)二極管，以100MHz恒溫晶振激勵(lì)，設(shè)計(jì)了28次高次倍頻鏈路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該倍頻鏈在2.8 GHz頻點(diǎn)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(jì)算數(shù)據(jù)相一致。采用TI公司的MSP430F5529單片機(jī)，設(shè)計(jì)了AD9914的控制

4、電路，完成了控制軟件的流程設(shè)計(jì)與編程。PCB設(shè)計(jì)中充分考慮了高速數(shù)字電路的電磁兼容性問題。對(duì)硬件電路和控制軟件進(jìn)行了大量的調(diào)試，研制成功了寬帶DDS模塊。實(shí)測(cè)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(jí)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(hào)。
　　(3)完成了C波段寬帶鎖相環(huán)頻率合成器設(shè)計(jì)。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(dá)到1.3GHz的特性。根據(jù)相位噪聲及鎖定時(shí)間等指標(biāo)要求，對(duì)鎖相環(huán)路濾波器的帶寬及其它參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化和調(diào)試。實(shí)驗(yàn)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(jìn)行集成，以DDS輸出信號(hào)作為PLL頻率合成器的參考信號(hào)，研制成功了超寬帶、小步進(jìn)、快速掃描的C波段頻率合成器。實(shí)測(cè)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(jiǎn)單等特點(diǎn)，已作為高性能寬帶頻率源應(yīng)用于某型FMC