小步进S波段直接频率合成器设计

2013-06-08代传堂柴文乾

雷达与对抗 2013年1期

代传堂，柴文乾

(中国电子科技集团第三十八研究所，安徽合肥 230088)

0 引言

频率合成器是通信、雷达、仪器、空间电子设备和电视等电子系统的心脏，其好坏直接影响电子系统的性能指标［1］。随着电子技术的飞速发展，现代雷达对频率合成器的要求也越来越高，大频带、小步进、低杂散、低相位噪声和快速变频已成为频率合成器的发展趋势［2］。本文介绍了一种S波段小步进大带宽的直接频率合成器实现方法。该合成器输出频率范围为2.67～2.97 GHz，工作带宽为301 MHz，频率步进为1 MHz，共301个频点，并具有低杂散、低相位噪声和快速变频等特点。

1 设计要求

某系统对频率合成器提出的主要技术指标如表1所示。

表1 频率合成器的主要技术指标要求

通过对频率合成器技术指标的深入分析，并结合实现的复杂程度，采用了直接合成的方案。

直接合成方式是利用倍频器、分频器和混频器对频率进行加减乘除运算，得到各种所需的频率［3］。直接频率合成器具有低相位噪声和快速变频等优点。同时，体积相对较大、成本较高，使得该合成方式的应用受到了一定的限制。但是，随着微电子技术的发展，很多的功能电路可以实现芯片集成，从而直接频率合成器的体积可以越来越小，成本也会越来越低。

2 设计方案

一般的直接合成方案通常采用的是高低频标进行混频滤波的方式，高低频标则由梳齿波发生器通过开关滤波器滤波产生。这就意味着频率合成器的频率步进完全由低频标决定。如要实现1 MHz的频率步进，则要求低频标信号(通常为几百兆赫兹）的步进也为1 MHz。这样的话，需要低频标滤波器对中心频率±1 MHz处的抑制通常要大于70 dBc。如此高指标的滤波器是难以实现的。

本文采用的直接合成方式中，低频标梳齿波信号并没有直接地进行滤波，而是分成两路，一路滤波，另一路滤波分频，再进行混频处理，使得最后通过滤波产生出253～332 MHz的1 MHz 间隔低频标信号具有高的杂散抑制。高频标信号由S波段梳齿波发生器通过开关滤波产生，共4 种信号，分别为2.4、2.48、2.56和2.64 GHz。该高低频标通过混频、滤波和放大电路后产生出系统所需的2.67～2.97 GHz信号。该方案的原理实现框图见图1所示。

图1 频率合成器实现原理框图

3 主要技术指标分析

3.1 杂散抑制

杂散是指和输出信号没有谐波关系的一些有限频率，在频谱上可能表现为若干对称边带，也可能表现为信号频率谱线旁的非谐波关系的离散谱线。这些谱线往往都高于噪声。这些无用信号若通过混频进入接收机中频信号带内，将会影响雷达的改善因子，甚至会造成雷达的错误跟踪。所以，杂散抑制是频率合成器的重要指标之一。

本频率合成器所需实现的杂散抑制指标为大于等于65 dBc，可主要通过以下几个方法来实现。首先也是最为关键的，是选取合适的混频频率窗口，以及适当的混频信号的电平，使得混频产生的交调寄生信号落在所需信号的带外，从而可以用后级的滤波器将这些寄生信号进行滤除。若寄生信号离所需的信号频率较近，则可以通过将后级滤波器分段滤波来提高对寄生信号的抑制效果，从而达到提高杂散抑制的目的。其次，加强电源滤波和加强重要模块的屏蔽设计等措施来进一步提高杂散抑制。