X波段雷达频率综合器设计

肖磊

摘要：本文介绍了一种X波段频率综合器的设计方法，该方法结合了直接式合成和间接式合成技术，通过优化频率规划，改善了频率合成器杂散和相位噪声性能。文章给出了原理框图，重点介绍了相位噪声和杂散的分析，文末给出了测试结果。

关键词：直接式频率合成;间接式频率合成;相位噪声;杂散

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0149-01

0 引言

频率综合器是现代微波系统的心脏，低相位噪声、低杂散、捷变頻、小型化、模块化已成为其发展趋势。要提高雷达从强杂波中检测微弱目标信号的能力，需要采用MTI/MTD/PD等技术，这些技术对信号的共同要求都是要具有高的长期和短期频率稳定度，即对雷达发射机激励源和接收机本振源要求具有高的频谱纯度和低相位噪声，使改善因子与信噪比提高，分辨能力提高。

本文从取样锁相介质振荡器出发，给出了X波段雷达频率综合器的设计方案及相位噪声和杂散的分析测试结果。

1 方案研究

1.1 取样锁相介质振荡器

由Leeson的振荡器相位噪声模型可知，高Q谐振回路能有效降低相位噪声。介质谐振器（DR）具有介电常数高、损耗因子小、温度稳定性高、Q值高等优点，是实现低相噪振荡器的理想方式之一。

作为一个闭环的相位反馈系统，锁相环对参考信号和鉴相器等带内噪声呈低通特性，对VCO的噪声呈高通特性。采用取样鉴相器可在参考输入的激励下产生丰富的谐波，锁相环路中的VCO能直接锁定在参考信号的N次谐波上，从而避免了N分频器的使用，能极大地减小相位噪声的恶化。

取样锁相介质振荡器（PDRO）集取样鉴相器和介质谐振器优势于一身，在微波高稳定频率合成中得到了广泛的应用。

1.2 方案设计

直接式模拟合成是对高稳定的参考源进行分频、混频和倍频得到所需的各种频率，具有附加相位噪声低、捷变频等特点。直接式数字合成在频率不高时能方便地产生各种波形，实现小步进变频。间接式频率合成是用锁相环来合成频率，能较好地抑制杂散，易于实现小型化。可将它们结合起来以确保信号质量。

频率综合器框图如图1所示，一本振采用PDRO产生，二本振由一本振分频得到，激励采用直接数字波形合成（DDWS）加上变频方式产生。

2 关键指标分析

2.1 相位噪声

锁相环的近区相位噪声主要由参考源、锁相环部件剩余相位噪声决定，远区相位噪声主要由VCO决定。本频率合成器采用的晶振相噪为-158dBc/Hz@1KHz，由于消除了数字分频器噪声基底的影响，PDRO的相位噪声接近于理论值，按N取80，相位噪声恶化38dB，加上5dB工程恶化，一本振输出相位噪声约为-115dBc/Hz@1kHz左右。

二本振由一本振分频产生，分频对输入信号相位噪声有20lgN的改善作用，按N取10，相位噪声改善20dB，加上5dB工程恶化，输出相位噪声为-130dBc/Hz@1KHz，分频器的剩余相位噪声为-142dBc/Hz@1KHz，故二本振相位噪声不受分频器剩余相位噪声限制，且优于一本振相位噪声。

2.2 杂散

锁相环可以等效成窄带滤波器，能有效抑制环路带宽外的杂散。一本振杂散主要来自鉴相频率泄漏，环路滤波器采用有源比例积分滤波器，锁相环对鉴相频率有70dBc左右的抑制。二本振杂散主要来自分谐波，采用低通滤波器即可取得较好的抑制。

激励杂散主要来自中频和本振上变频的交调产物。中频波形可通过测试杂散的分布和强度，进行合理的频率规划避开杂散较高的区域，并用滤波器滤除杂散。交调产物可选取合适的混频比加以控制，只要保证输出LO+IF与附近的LO及LO+2×IF在频谱上有一定的距离就可用滤波器予以滤除。

除了电路上的措施外，结构盒体采用分腔设计增强隔离，适当增加螺钉数量以减小缝隙及信号泄漏。

3 研制结果

频率综合器的相位噪声如图2所示，采用ROHDE&SCHWARZ公司信号分析仪得到测试结果。图2显示一本振相位噪声小于-115dBc/Hz@1kHz，符合设计目标要求。

4 结语

本文介绍了一种X波段频率综合器的设计方法，通过结合直接式合成和间接式合成技术以及采用合理的频率规划，实现了低杂散低相噪的频率综合器设计。频率综合器的相关指标满足系统要求，为提高雷达的检测能力和发现概率打下了基础。

参考文献

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