X波段间接式频率综合器的设计

　　1 引言

　　频率源是所有电子系统(雷达、通讯、测控、导航等)的基本信号来源，其主要包括固定频率源和合成频率源两类。其中合成频率源又称频率合成(综合)器，按其构成方式可分为直接式和间接式。采用锁相环(PLL)技术的间接频率合成器目前应用最为广泛。直接模拟频率合成器(DAS)采用倍频器、分频器、混频器及微波开关来实现频率合成，具有最优的近端相位噪声和高速捷变频特性，但结构复杂、成本昂贵的特点限制其只能应用于雷达等高端领域。直接数字合成器(DDS)目前也得到了广泛应用，但高性能DDS产品的输出频率还有待提高，在微波领域其往往与锁相技术结合以混合方式实现微波频率合成。锁相技术与直接式倍频器或DDS相结合的混合式频率合成器在提高系统性能的同时降低了DAS合成方式的成本，已逐渐取代部分DAS合成频率源应用在高性能频率源领域。

　　2 主要功能、技术指标和方案分析

　　2.1 主要功能及技术指标

　　根据技术要求，该频综器的输出信号包括一本振、主振等五路输出信号;二本振、主振信号分别为L波段、X波段的宽带捷变频输出，一本振信号为X波段的固定频率输出，另一路为15MHz固定频率TTL电平输出，并具有主振输出预调制、BPSK等功能，所有输出频率共用一个恒温晶体振荡器作为参考源，以确保各路输出频率相参。主振信号的主要技术指标如下：

　　输出频率：X波段(带宽大于200MHz)

　　频率间隔：15MHz

　　输出功率：10dBm±1dB

　　跳频时间：≤50μs

　　杂波抑制：≤-70dBc

　　相噪(dBc/Hz)：-95 @1kHz -100 @10kHz

　　-100 @10kHz -125 @1MHz

　　2.2 方案分析

　　由于系统对频综器的相位噪声指标要求比较高，所以针对固定输出或内部使用的频率点，我们采用DAS技术，通过分频、倍频、混频、滤波、放大等方式，得到所需要的输出频率。针对捷变频输出，因为相位噪声指标要求比较高，输出频率点较多，达12个频率点，而跳频时间要求≤50μs，所以采用单环PLL技术，先得到二本振(LO2)信号，再从二本振耦合一路输出与微波基准(PDRO)混频，将输出频率搬移到高频频段上，即可得到主振信号，这样做可保持相噪最佳，以保证二本振和主振信号的相位噪声和跳频时间指标。通过设计小体积的滤波器、微封装的放大器、开关等，合理地选择频率，配置功率电平，可充分发挥DAS低相噪和PLL捷变频的优点，并且能够满足杂波抑制等技术指标的要求。

　　(a)模块划分

　　(b)总体框图

　　图1 X波段频率综合器组成框图

　　通过以上分析，我们将频综器分成两个模块，其组成框图如图1所示。中频源模块通过分频、倍频、锁相、滤波、放大等相应处理，产生100MHz、240MHz、300MHz和LO2信号;微波源模块主要是利用中频源模块产生的100MHz、240MHz、300MHz和LO2信号，通过混频、锁相、滤波、放大等相应处理，得到主振 (FT)等信号。

　　(1)相位噪声特性分析

　　对于恒温晶振，考虑到各路信号的频率稳定度、相位噪声要求以及15MHz输出精度为±100Hz，我们选用的恒温晶振的相位噪声为￡(1kHz)=-150dBc/Hz，设定频率精度为±0.5 ppm，温度稳定度为±0.5ppm，可以满足要求。

　　由于分频器存在基底相噪，为-140dBc/Hz@lkHz，考虑到12倍频对相噪的恶化，5、16分频对相噪的改善，则-150+20lg12-20lg(5×16)优于分频器的基底相噪，则15MHz信号的相噪应为￡(1kHz)=-140dBc/Hz左右，240MHz的相噪优于-130dBc/Hz@lkHz是容易保证的。同理，在300MHz合成源中，对晶振信号的倍频次数为3，则300MHz信号的相噪优于-150+20lg3=-140dBc/Hz@lkHz。

　　因15MHz的相位噪声为￡(1kHz)=-140dBc/Hz，而PLL中鉴相器ADF4106的相噪基底约为-146dBc/Hz@1kHz，PLL的分频比为N<80，所以LO2的相噪优于￡(1kHz)=-140+20lg80=-102dBc/Hz。

　　因240MHz的相位噪声优于-130dBc/Hz@1kHz，且PDRO对晶振信号的倍频次数<100，则它的相噪至少可达到-150+(20lg100+3)=-107dBc/Hz@1kHz，经过一级混频后，考虑到混频环节对相位噪声的影响，则LO1的相位噪声优于￡(1KHz)=-107+3=-104dBc/Hz，可以满足技术指标的要求。

　　同样地，经过两级混频后，考虑到混频环节对相位噪声的影响，则主振信号的相位噪声优于￡(1KHz)=-102+3=-99dBc/Hz，可以满足技术指标的要求。