基于AD9914宽带线性调频源的设计及实现*

吴志毅，罗　凌

（四川信息职业技术学院，四川 广元620840）

基于AD9914宽带线性调频源的设计及实现*

吴志毅，罗凌

（四川信息职业技术学院，四川 广元620840）

介绍了一种基于ADI公司最新器件AD9914设计的宽带微波中频线性调频源，其瞬时工作带宽超过1 000 MHz，克服了国内研究处于200 MHz～400 MHz带宽的技术难题。同时，提出了一种利用DDS可编程特性对信号的相位进行分段补偿从而获得高边带抑制比的方法。

FPGA；AD9914；雷达信号处理；宽带微波中频源

0　引言

在现代雷达系统中，对雷达工作频率、频率稳定度和频带宽度都有很高的要求[1]。因此，雷达为了获得较高的分辨率以激励出目标细节特征，雷达微波源的发射信号必须具有较大瞬时带宽。

1　方案选择

目前产生较大瞬时带宽的雷达微波中频源发射信号主要有四种方式[2]，分别为 DDS拼接方式、正交调制方式、多本振混频拼接方式、高参考时钟的DDS产生方式。其中DDS是目前数字产生线性调频信号的主要方式。DDS参考时钟频率高低与D/A转换器的位数决定了 DDS产生信号的杂散及最高输出频率。

在实际应用中往往是综合使用，而最常用的是正交调制方式和多本振拼接方式[3]。正交调制方式硬件电路简洁、调试方便，但受正交调制器性能的影响，带宽范围有限。多本振拼接方式带宽范围灵活可变，但拼接处的相位差补偿比较困难。

本方案采用高参考时钟的 DDS产生宽带微波线性调频源的方式。DDS选用ADI公司生产的最高端的AD9914作为宽带微波线性调频信号的核心器件[4]。AD9914是高性能直接数字频综，内含12位的DAC，支持高达3.5 GS/s的采样速率，输出最高点频可达 1.5 GHz，宽带杂散-50 dB，输出频率在 1.396 GHz时，相位噪声≤-128 dBc/Hz@1 kHz。AD9914采用先进的制造工艺，不用外部操作就可以降低功率损耗。用户通过控制3个参数（频率、相位和幅度）来控制DDS，DDS 32位累加器提供快速的频率跳变和频率转换，它的分辨率为0.23 Hz，DDS还可以进行快速相位和幅度转换。通过串行的输入／输出口编程内部的寄存器来控制 AD9914，AD9914通过静态的RAM来产生频率、相位和幅度。为了获得更多的调制功能，可以用高速的并行数据口控制频率、幅度和相位的调制。AD9914有四种工作模式：单音频模式、RAM模式、锯齿波调制模式（DRG）、并行数据传输模式，模式相关的数据源提供控制DDS的参数，即频率、相位、幅度，通过特殊的控制字来自动执行频率、相位、幅度的不同组合。

2　方案设计

宽频带微波中频信号源的设计及实现框图如图1所示。

100MHz晶振通过二功分器，一路 100 MHz信号直接激励谐波发生器，谐波发生器按100 MHz间隔输出梳状谱信号，通过3 200 MHz窄带滤波器滤波、放大、滤波输出3 200 MHz、0 dBm的射频信号到 AD9914的系统时钟输入端。另一路100 MHz信号加到FPGA的时钟输入端，FPGA在外部计算机控制下，输出相应的 SPI数据和控制时序到AD9914数据输入端和时序控制端，AD9914在FPGA控制下产生各种相应的宽带微波线性调频信号。FPGA并口控制时序电路内部设计如图2所示，FPGA并口控制时序仿真如图3所示。

图1　AD9914宽带线性调频源的框图

图2　FPGA内部设计

图3　控制时序

实际工作中，电源的好坏和腔体的设计直接关系到输出信号频谱纯度。因此电路设计中为减少输出信号的杂散，提高输出信号的相位噪声指标，对谐波发生器、FPGA和 AD9914的电源采用两个独立的开关电源进行分配，在器件近端根据不同的电源品种采用独立的低压差、高噪声抑制的可调线性稳压电源进行独立供电，在电源滤波回路上串接磁珠或电感来提高电源噪声隔离，AD9914模拟电源与数字电源进行隔离。对3 200 MHz的窄带滤波器采用回流焊工艺将滤波器外壳直接焊接到印制板上，以提高对100 MHz谐波信号的抑制。电源及微波部分与数字控制部分采用分腔设计。AD9914宽带微波线性调频信号源的实物如图4所示。

图4　AD9914宽带线性调频信号源实物

3　测试结果

3.1带宽

AD9914在输入3 200 MHz系统时钟，通过输入不同的控制指令，分别输出带宽为500 MHz、1 000 MHz宽带微波中频线性调频信号如图5、图6所示。从实际信号频谱上可以看出，AD9914输出 500 MHz宽带微波中频线性调频信号幅度起伏小于1 dB，输出1 000 MHz宽带微波中频线性调频信号幅度起伏小于 2.2 dB，AD9914产生宽带微波中频线性调频信号调制斜率指标优于采用带宽拼接方式，杂散指标优于正交调制+混频等方式产生的宽带微波中频线性调频信号10 dB以上。

图5　带宽为500 MHz线性调频

图6　带宽为1 000 MHz线性调频

3.2相位噪声与杂散

由频谱仪测试500 MHz带宽相位噪声与杂散如图7、图8所示。相噪指标达109.029 dB，杂散指标为58.63 dB。

图7　500MHz相位噪声

图8　500MHz杂散

由频谱仪测试1 000 MHz带宽相位噪声与杂散如图9、图10所示。实测相噪指标达 104.172 dB，杂散指标为51.21 dB。

图9　1000 MHz相位噪声

图10　1000 MHz杂散

3.3宽带线性调频

对中心频率750 MHz、调频带宽500 MHz宽带线性调频信号在 SPAN 2 GHz、SPAN 2 kHz调制信号频谱如图11、图12所示。

图11　SPAN 2 GHz宽带线性调频信号频谱

图12　SPAN 2 kHz宽带线性调频信号频谱

3.4组合线性调频信号

对应中心频率500 MHz、调频带宽16 MHz组合线性调频信号在SPAN 500 MHz、SPAN 100 MHz调制信号频谱如图13、图14所示。

图13　SPAN 500 MHz组合线性调频信号频谱

图14　SPAN 100 MHz组合线性调频信号频谱

对中心频率600 MHz、调频带宽1 000 MHz宽带线性调频信号在 SPAN 2 GHz、SPAN 2 kHz调制信号频谱如图15、图16所示。

图15　SPAN 2 GHz宽带线性调频信号频谱

图16　SPAN 2 kHz宽带线性调频信号频谱

4　结束语

本文介绍了基于AD9914产生宽带微波中频线性调频信号的设计方法，通过对实物的测试和技术评估，产生的宽带微波中频线性调频信号指标优于传统方式产生的线性调频信号，对于雷达在相应波段的应用，具有通信导航灵活、方便，发展应用前景广阔。

[1]费元春，苏广川.宽带雷达信号产生技术[M].北京：国防工业出版社，2002.

[2]祝明波，常文革.采用数字方法实现宽带线性调频信号产生[J].系统工程与电子技术，2000，22(5)：93-96.

[3]吴志毅.射频电路设计技术基础[M].成都：西南交通大学出版社，2014.

[4]ADI.1.6 GHz Clock Distribution IC.Dividers，Delay Adjust，Three Outputs.2005.

Design and realization of a broadband microwave frequency source

Wu Zhiyi，Luo Ling
（Sichuan Institute of Information Technology,Guangyuan 620840，China）

This paper introduces a latest broadband microwave frequency source of linear frequency modulation based on AD company′s AD9914,the instantaneous working bandwidth more than 1 000 MHz,overcome the domestic research in the 200 MHz to 400 MHz bandwidth technology bottleneck.At the same time,this paper proposes a feature of using programmable DDS to the phase of signal is piecewise compensation and then the method to obtain high sideband suppression ratio.

FPGA；AD9914；radar signal processing；broadband microwave frequency source

TN957.3

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2015.10.007

广元市科技支撑项目(2013)38

2015-02-11)

吴志毅(1968-)，男，高级工程师,主要研究方向：射频/微波技术、应用电子技术。

中文引用格式：吴志毅，罗凌.基于 AD9914宽带线性调频源的设计及实现[J].电子技术应用，2015，41(10)：30-33.

英文引用格式：Wu Zhiyi，Luo Ling.Design and realization of a broadband microwave frequency source[J].Application of Electronic Technique，2015，41(10)：30-33.