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[導(dǎo)讀]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(shè)計(jì)方案,并針對(duì)DDS固有高階交調(diào)雜散采用了雙路參考信號(hào)的設(shè)計(jì),得到了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 關(guān)鍵詞:DDS固有高階交調(diào)雜散;雙路參考信號(hào);低相噪低雜散

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(shè)計(jì)方案,并針對(duì)DDS固有高階交調(diào)雜散采用了雙路參考信號(hào)的設(shè)計(jì),得到了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
關(guān)鍵詞:DDS固有高階交調(diào)雜散;雙路參考信號(hào);低相噪低雜散

    近年來米波雷達(dá)是重點(diǎn)發(fā)展方向之一,受到普遍重視,世界各國(guó)把發(fā)展米波雷達(dá)放到雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的重要位置。盡管米波雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)、成本低,并且具有較好的反隱身和抗反輻射導(dǎo)彈的能力,隨著雷達(dá)和無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展,對(duì)頻率資源的開發(fā)利用的更加深入,擴(kuò)展雷達(dá)所面臨的電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜。針對(duì)以上現(xiàn)狀,雷達(dá)需要從嚴(yán)重的雜波環(huán)境中分辨目標(biāo),要求其頻綜具有低相噪、低雜散的特性,以提高雷達(dá)的改善因子。本文采用基于FPGA+DDS的控制及雙路參考信號(hào)的設(shè)計(jì),對(duì)該米波雷達(dá)頻綜進(jìn)行了低雜散、低相噪的設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明,本系統(tǒng)可有效規(guī)避DDS同有雜散,達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

1 頻綜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)指標(biāo)要求
    該頻綜工作在P波段:相位噪聲(點(diǎn)頻連續(xù)波測(cè)試):≤-130dBc/Hz(偏離載頻1kHz處);輸出信號(hào)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(diǎn)數(shù)多、跳頻時(shí)間比較短的特點(diǎn),結(jié)合現(xiàn)有頻率綜合器頻率合成方法,經(jīng)過詳細(xì)對(duì)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(shù)成熟、系統(tǒng)靈活可靠。
1.3 基于DDS的米波頻綜系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    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(diǎn)如下:1GSPS的內(nèi)部時(shí)鐘速率和高達(dá)400MHz的模擬輸出信號(hào);內(nèi)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(shí),相位噪聲≤-125dBC/Hz@1kHz;無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)高達(dá)80 dB以上;內(nèi)部采用1.8 V和3.3V供電,超低功耗;支持四種工作模式:?jiǎn)晤l調(diào)制模式、RAM調(diào)制模式、數(shù)控?cái)?shù)字斜坡調(diào)制模式和并行數(shù)據(jù)端口調(diào)制模式;內(nèi)置的高速并行數(shù)據(jù)輸入端口能實(shí)現(xiàn)直接頻率、相位、振幅或極化調(diào)制,以支持更高級(jí)的調(diào)制功能。
    參考信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生相參考信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)供給雷達(dá)總站使用,同時(shí)該模塊還產(chǎn)生射頻信號(hào)產(chǎn)生模塊所需的雙路參考信號(hào)與第二本振信號(hào);射頻模塊將來自參考模塊的參考信號(hào)進(jìn)行頻率合成,產(chǎn)生雷達(dá)總站需要的第一本振信號(hào)及激勵(lì)信號(hào)。
    晶振產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過四功分后,第一路信號(hào)濾波、隔離直接產(chǎn)生系統(tǒng)需要的相參信號(hào);第二路信號(hào)經(jīng)濾波、隔離作為DDS的輸入時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)及第二本振信號(hào)均南DDS產(chǎn)生;第三路、第四路信號(hào)經(jīng)一系列濾波放大后,產(chǎn)生射頻信號(hào)產(chǎn)生模塊需要的雙路參考信號(hào)。
    參考信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的參考信號(hào)fref進(jìn)入射頻信號(hào)產(chǎn)生模塊中的功分器功分為:fref和fref1。其中fref進(jìn)入發(fā)射單元的DDS進(jìn)行頻率變換,經(jīng)過放大濾波后再進(jìn)入三選一開關(guān)濾波組件即可得到本振信號(hào)fc;fref1經(jīng)過隔離后,與DDS的第二路參考信號(hào)fref2進(jìn)入二選一開關(guān);根據(jù)對(duì)DDS固有雜散進(jìn)行分析后得到的計(jì)算結(jié)果,在輸出某幾段頻率時(shí),由控制信號(hào)切換輸入?yún)⒖夹盘?hào)頻率,同時(shí)對(duì)DDS進(jìn)行復(fù)位,讀取預(yù)存在FPGA地址中的另一組程序;信號(hào)進(jìn)入三選一開關(guān)濾波組件后冉經(jīng)過放大濾波即可得到第一本振信號(hào)flo。以上工作模式,可有效抑制DDS
由于輸入信號(hào)頻率固定而產(chǎn)生較大的高階交調(diào)雜散。

2 指標(biāo)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(gè)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(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn),選擇雜散指標(biāo)高的晶振,并對(duì)每個(gè)模塊做合理的電源濾波,近端雜散能夠滿足上述指標(biāo)。
    遠(yuǎn)端雜散的來源主要由于倍頻、DDS固有雜散及信號(hào)通道之間的串?dāng)_造成,因此要實(shí)現(xiàn)頻率綜合器的低雜散,必須在方案設(shè)計(jì)過程中選擇合適的濾波器,合理分配濾波器指標(biāo),認(rèn)真進(jìn)行DDS固有雜散設(shè)計(jì)分析。在工程設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)信號(hào)通道之間的隔離、信號(hào)反串等的抑制重點(diǎn)考慮,電磁兼容方面合理沒計(jì)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(hào)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(cè)可知在PLL禁用的情況下1GHz工作頻率下輸出P波段信號(hào)時(shí)相噪為:-140dBc/Hz@1kHz;考慮DDS內(nèi)部不使用PLL環(huán)時(shí)可以對(duì)輸出信號(hào)的相噪進(jìn)行改善,則可推出該參考信號(hào)輸入DDS時(shí),輸出的P波段信號(hào)相噪應(yīng)小于-145dBc/Hz@1kHz;

3 測(cè)試結(jié)果
    圖2為采用安捷倫E4447A頻譜儀測(cè)試DDS輸入?yún)⒖夹盘?hào)fref1時(shí)DDS的頻譜曲線。


    圖3為采用安捷倫E4447A頻譜儀測(cè)試DDS輸入?yún)⒖夹盘?hào)fref2時(shí)DDS的頻譜曲線。


    圖4為采用安捷倫E5052B信號(hào)源分析儀測(cè)試該頻綜輸出發(fā)射激勵(lì)信號(hào)的相噪曲線。



4 結(jié)束語(yǔ)
    該雷達(dá)頻率綜合器主要特點(diǎn)是低相噪、低雜散。DDS技術(shù)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(duì)設(shè)計(jì)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(duì)基于DDS的直接式頻綜進(jìn)行了雙通道參考信號(hào)的設(shè)計(jì),對(duì)于規(guī)避高階交互調(diào)雜散具有明顯效果。所取得的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)對(duì)今后的工程設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

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