現(xiàn)代雷達(dá)頻率合成技術(shù)綜述

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1、2008全國(guó)頻率控制技術(shù)年會(huì)論文集--319一現(xiàn)代雷達(dá)頻率合成技術(shù)綜述李志堅(jiān)(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，南京210007)摘要簡(jiǎn)要闡述了直接式頻率合成技術(shù)和間接式頻率合成技術(shù)的基本工作原理，綜合論述了各種組合方案的構(gòu)成及其優(yōu)缺點(diǎn)。然后介紹了雷達(dá)頻率合成器的特點(diǎn)以及現(xiàn)代雷達(dá)對(duì)頻率合成器的特殊要求，指出了在雷達(dá)頻率合成器實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)及解決措施。針對(duì)雷達(dá)頻率合成器在振動(dòng)條件下相位噪聲的惡化情況進(jìn)行了詳盡的試驗(yàn)研究分析，為工程實(shí)際應(yīng)用提供了一些有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。最后對(duì)頻率合成技術(shù)發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞雷達(dá)頻率合成器DASDDSPLL1引言

2、頻率源是雷達(dá)、通信、導(dǎo)航等電子系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一，其性能和發(fā)展取決于電子系統(tǒng)的技術(shù)要求，同時(shí)頻率源的發(fā)展又為新體制電子系統(tǒng)的研制創(chuàng)造了有利的條件【l】。從歷史的觀點(diǎn)來(lái)看，頻率源大致可以分為兩類(lèi)：電真空器件微波頻率源(包括反射速調(diào)管、返波管等)和固態(tài)微波頻率源。而固態(tài)微波頻率源根據(jù)其工作特點(diǎn)不同又可分為點(diǎn)頻振蕩器、電調(diào)諧振蕩器和頻率合成器三大類(lèi)121。在二十世紀(jì)五十年代，雷達(dá)以測(cè)量目標(biāo)的距離和方位坐標(biāo)為目的，雷達(dá)頻率源以電真空器件微波頻率源為主，其頻率穩(wěn)定度低、體積大、對(duì)外電源要求嚴(yán)格。隨著雷達(dá)技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展以及新型半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，YIG

3、振蕩源、體效應(yīng)振蕩源和場(chǎng)效應(yīng)振蕩源等固態(tài)振蕩源在六十年代相繼出現(xiàn)．，并在七十年代獲得了較大的發(fā)展。它們頻率穩(wěn)定度較高、頻帶寬、體積小，已應(yīng)用于各種新型雷達(dá)系統(tǒng)中。隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)頻率源提出了越來(lái)越高的要求。特別是在諸如動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)(MTI)、脈沖多普勒雷達(dá)(PD)等新體制的雷達(dá)系統(tǒng)中，由于人們利用發(fā)射信號(hào)和回波的相位信息來(lái)獲取目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，其頻率源應(yīng)具有全相參性和高的頻譜純度。同時(shí)為了提高抗干擾性能，其頻率源還應(yīng)當(dāng)具有快速頻率跳變的能力。頻率合成器是近三十幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一種微波頻率源，其頻率穩(wěn)定度高、相位噪聲低、雜散小、

4、頻帶寬且具有頻率捷變的功能，能夠適應(yīng)新體制雷達(dá)的需求。2頻率合成技術(shù)理論頻率合成技術(shù)是以一個(gè)或多個(gè)高穩(wěn)定度的參考頻率為基準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)頻率的四則運(yùn)算，在某一頻段內(nèi)綜合產(chǎn)生出具有與參考頻率同等穩(wěn)定度的一系列工作頻率的技術(shù)。頻率合成器包括以下幾項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)：頻率范圍、頻率分辨力、頻率穩(wěn)定度、輸出功率、諧波抑制、雜波抑制、相位噪聲以及頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間等。另外，對(duì)于機(jī)載或星載電子設(shè)備，頻率合成器的體積、重量與功耗也是幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。頻率合成器的性能指標(biāo)在不同的應(yīng)用場(chǎng)合有不同的要求。譬如，應(yīng)用于電子對(duì)抗領(lǐng)域的頻率合成器強(qiáng)調(diào)其超寬頻帶的特性，應(yīng)用于雷達(dá)領(lǐng)域的頻率合成器

5、強(qiáng)調(diào)其低相噪、低雜散等特性。與民用電子設(shè)備相比，對(duì)軍用電子設(shè)備中的頻率合成器的指標(biāo)要求較高；與普通體制雷達(dá)相比，對(duì)特殊體制雷達(dá)中的頻率合成器的指標(biāo)要求也較高；對(duì)于機(jī)載或星載電子設(shè)備，頻率合成器的體積、重量與功耗也是幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。頻率合成技術(shù)主要分為三類(lèi)：直接模擬式頻率合成技術(shù)(DirectAnalogSynthesis，簡(jiǎn)稱DAS)、直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)(DirectDigitalSynthesis，簡(jiǎn)稱DDS)和間接鎖相式頻率合成技術(shù)(PhaseLockedLoop，簡(jiǎn)稱PLL)，其主要優(yōu)缺點(diǎn)如表l所示。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間要求較慢的頻率一

6、320一2008全國(guó)頻率控制技術(shù)年會(huì)論文集表1三類(lèi)頻率合成技術(shù)的性能比較頻率體積項(xiàng)目工作頻率相位噪聲雜散調(diào)制能力成本分辨力轉(zhuǎn)換時(shí)間重量DAS全頻段較大很好較大快有限大高DDS低頻段很小好大快方便小較低PLL全頻段較小較好較小慢有限較小低綜合器采用的是以間接式為主的頻率合成技術(shù)，而對(duì)于快速跳頻的頻率合成器采用的是直接式頻率合成技術(shù)。下面簡(jiǎn)要介紹各種頻率合成技術(shù)的基本原理和性能特點(diǎn)。2．1直接模擬式頻率合成技術(shù)(DAS)DAS的原理框圖如圖1所示，基本原理是：以一個(gè)(或多個(gè))參考晶振為基礎(chǔ)，通過(guò)倍頻、分頻、混頻以及開(kāi)關(guān)和濾波等方法組合而形成的一種頻率合

7、成器。DAS具有頻率穩(wěn)定度高、頻率轉(zhuǎn)換速度快、近載頻相位噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。但若要獲得寬頻帶及多個(gè)頻率點(diǎn)，則其系統(tǒng)復(fù)雜、成本昂貴，并且因混頻環(huán)節(jié)較多易引起較高的雜散電平。該方案一般適用于頻率點(diǎn)數(shù)較少，近載頻相位噪聲較低的場(chǎng)合。2-2直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)(DDS)DDS的原理框圖如圖2所示，基本原理是：頻率控制字K送人相位累加器，更新相位累加器的數(shù)據(jù)，用新的相位累加數(shù)據(jù)送入正弦查找表，產(chǎn)生數(shù)字化正弦波形，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生模擬量正弦波形，通過(guò)低通濾波器產(chǎn)生DDS的正弦波輸出信號(hào)。DDS具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、相位噪聲低、相位連續(xù)、極高的頻率分辨力、體積小、

8、重量輕等優(yōu)點(diǎn)；但其工作頻率較低、頻帶較窄，不能直接應(yīng)用于微波頻段。該方案一般適用于具有極高的頻率分辨力，具有數(shù)字調(diào)頻調(diào)相或