电源纹波对频率源频谱纯度的影响

江月 吴涛 陈俊鹏

摘 要：雷达接收机中，频率源是非常关键的，当前由于在雷达目标探测方面的能力要求进一步加大，在频率源频谱纯度方面的要求也在逐步提高，在此过程中主要需要对相位噪声等进行有效的控制。

关键词：电源纹波；DDS；频谱纯度；转换电压；影响

1 电源纹波对频谱纯度的影响

在实际操作的过程中，频率源需要使用的电源可以分为两种，也就是低压线性电源以及开关电源。和这两种电源实现技术相比，线性电源是一种不需要进行高频开关工作的器件，因为其具有较为简单的结构而且输出的纹波相对较小（<5 mV）等诸多优点，在输入滤波工作较为完善的情况下不会出现高频干扰噪声。但是开关电源因为在操作的过程中使用了高频开关电路，这样就会导致在直流电压输出的过程中出现较大的纹波（>50 mV），所以在输出端需要进行稳压管的设置，这样能够进一步对纹波的情况进行改善。

电源干扰造成的频谱纯度的影响，主要是因为在变压器和整流后出现的一些叠加纹波电压分量，需要利用合理的方法调制基准信号，特别是调制晶振频谱而造成的相位噪声恶化以及杂散谱的情况。这种噪声在操作的过程中是近端干扰噪声的一种，在晶振信号的噪声基底直接作用。与此同时，在放大和分频晶振信号的时候，可能会由于没有进行合理的滤波设计，造成传导干扰的出现而对输出信号的相位噪声和杂散产生影响。使用，在进行电路设计的过程中一定要重视对电源滤波工作进行加强，以便对电源纹波进行抑制。

2 频率源受电源纹波影响的理论分析

2.1 全相参直接合成频率源

电源纹波会在工作的过程中直接影响基准信号，在进行操作的过程中最终导致频率源的相位噪声出现较大的影响，主要是发出的信号在使用倍频器以及放大器处理后，因为在操作的过程中信号和噪声在放大特性方面具有较大的区别，所以在放大了工作频率后，导致噪声的基底变高，这样就会导致杂散纹波在经过调制后会逐步抬得。在操作的过程中干扰会逐步被放大，导致最终影响整个系统的工作效率。

2.2 数字锁相频率源

数字锁相频率合成器主要是利用锁相环（PLL）来进行工作的，主要是为了锁定振荡器的输出频率。在锁相环实际进行工作的时候，因为电源纹波的影响，可能会干扰晶体振荡器近端噪声，这样最终导致的结果是振荡器的相噪性能出现恶化的情况。这些干扰不单单可能会导致相位噪声出现恶化的情况，更会造成调制、放大后产生调幅或调频杂散的问题，导致锁相环路失锁，最终造成频率源无法有效地进行工作。

通常来说，这些纹波干扰无法通过理论的方法进行计算，但是由于这些纹波干扰和电路设计具有一定的关联，所以可以进行相应的优化，比如说，在实际操作的时候，处理小于锁相环自然频的噪声或纹波的过程中，可以利用软件进行操作对环路带宽来进行调整，这样就可以对纹波进行抑制。但是，在实际操作的过程中，电源上的频率往往会比锁相环自然频率的噪声或纹波大，这样如果没有进行合理的处理，就会导致压控振荡器的输出端出现相位抖动的问题，导致一些杂散频谱分量的出现。所以，需要对压控振荡器进行处理，使其与低噪声、低纹波稳压器尽量靠近，通过这样的方法来对供电电路进行处理。

2.3 直接数字合成频率源

直接数字频率合成器（DDS）主要是通过稳定的晶体振荡器（参考源），来对DDS的各组成部分进行同步。DDS的输出信号相位噪声会进一步得到改善。但是因为DDS的工作频率通常条件下比较低，与此同时，在杂散方面又非常严重，雷达系统中往往通过DDS+PLL進行结合的方法，或者是通过DDS结合直接频率合成技术的方法进行合成器的设置。这样就可以有机地结合DDs技术和PLL频率合成技术，通过低频的DDs源对PLL系统进行激励，通过PLL环路进行倍频操作，让DDS信号进行倍频，符合高频信号发出的需要，通过滤波器将DDs输出信号杂波干扰去除。

3 实验测试

利用仿真的方法可以对电源纹波干扰进行判断，是在频谱分析端产生的杂散谱。如此，为了对电源纹波影响频率源杂散指标的实际情况进行分析，在实验室的条件下，让不同的纹波电压值改变，通过这样的方法对电源纹波和杂散之间的数据进行处理。控制测试过程中的信号是10 GHz，在输入的电压方面控制为±5V、+15V。设置纹波电压在10mV到50 mV之间，可以通过开关电源对其进行调节。频谱仪主要使用的是Agilent E4440A。在选择被测频率源的过程中，主要选择了5个直接合成源，以及5个数字锁相源，具体的数据如下表所示。外加变化的纹波信号后导致杂散指标出现了更为严重的变化，通过对比相关的实验数据可以发现，电源纹波会对频率源杂散的情况产生较大的影响，通过分析数据，发现通过锁相源进行电路的合理设计，能够进一步对干扰进行抑制。

4 结束语

伴随当前雷达在工作频率方面进一步提高，设计的过程中越来越重视模块化设计，开关电源在实际使用的过程中具有更为明显的优势，想要对较大的电源纹波进行抑制，可以通过多级稳压电路来进行操作。

参考文献：

[1]鞠文耀.用于雷达接收机的开关电源的低纹波设计[J].现代雷达，2001，10（27）：81-82.