基于DDS+PLL的X—Band信號源設(shè)計(jì)方案

　將DDS和PLL技術(shù)結(jié)合起來，采用DDS直接激勵PLL的混合頻率合成方案完成了X波段微波變頻信號源的設(shè)計(jì)，一定程度上解決了頻率分辨率、頻率轉(zhuǎn)換速度和相位噪聲的問題，并完成了實(shí)機(jī)研制、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)和測試。結(jié)果表明，輸出信號的頻譜和相噪特性良好，達(dá)到了預(yù)期的要求。
　　關(guān)鍵詞：頻率合成；直接數(shù)字頻率合成；鎖相環(huán)；相位噪聲
　　0 引言
　　在雷達(dá)型制導(dǎo)導(dǎo)彈的研制和生產(chǎn)過程中，對微波接收機(jī)的性能指標(biāo)進(jìn)行調(diào)試和檢測是一個重要環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)某型雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈微波接收機(jī)的自動測試，需要一種專用測試系統(tǒng)。X波段微波變頻源是該系統(tǒng)的重要組成部分，是決定測試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵設(shè)備之一。該頻率源要能夠提供相干的信號源、本振源和鏡頻源，用來模擬空中目標(biāo)回波信號，為雷達(dá)導(dǎo)引頭中微波接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)測試以及性能研制提供必要條件。
　　隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，低相位噪聲、高頻譜純度、高捷變速率和高頻率分辨率的頻率合成器已經(jīng)成為頻率合成技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，直接數(shù)字頻率合成（DDS）和鎖相環(huán)頻率合成（PLL）技術(shù)已成為頻率合成技術(shù)發(fā)展的主流方向。本文提出一種以DDS激勵PLL方式實(shí)現(xiàn)X波段微波變頻源的方案，具有高度的集成性，降低了硬件的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的整機(jī)性能，滿足了測試系統(tǒng)的需求。
　　1 功能和設(shè)計(jì)要求
　　1．1 微波源的主要功能
　　X波段專用微波源主要模擬空中目標(biāo)回波信號即探測信號、鏡頻信號和導(dǎo)彈發(fā)射機(jī)本振信號，能夠在控制計(jì)算機(jī)的控制下，在1 GHz通帶內(nèi)選擇201個點(diǎn)頻進(jìn)行變頻，微波信號源在測試系統(tǒng)中的構(gòu)成見圖1。
　　
　　1．2 輸出信號要求
　　微波信號源提供X波段主通道微波前端組件測試所需的相干本振信號、探測信號、鏡頻信號，每種信號在300 MHz通帶內(nèi)頻率可變，具體指標(biāo)：
　　頻率及帶寬相關(guān)參數(shù)：
　?。?）信號FS1：f0-fI±150 MHz；
　　（2）本振fL：f0±150 MHz；
　　（3）鏡頻FS2：f0+fI±150 MHz；
　?。?）中頻fI：（28±0．5）MHz；
　?。?）信號源、本振源、鏡頻源頻率準(zhǔn)確度：≤±5 MHz；
　?。?）信號源、本振源、鏡頻源頻率漂移：≤±5 MHz／4h；
　　相位噪聲：≤-80 dBc／Hz／10 kHz；
　　雜波抑制：≤-60dB／（300 MHz帶寬內(nèi)）；
　　輸出功率：18～22 dBm。
　　2 設(shè)計(jì)思路和具體方案
　　頻率合成的實(shí)現(xiàn)方法主要有3種，即直接頻率合成（DFS）、鎖相環(huán)頻率合成（PLL）和直接數(shù)字頻率合成（DDS）。其中，DFS技術(shù)以其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，體積大，而很少使用。DDS具備頻率分辨率高，可編程控制特性，并且頻率切換速度快，相位噪聲低，但是由于其全數(shù)字結(jié)構(gòu)，輸出頻譜質(zhì)量差，輸出頻率也較低。PLL具有輸出頻率高，寄生噪聲和雜波低的特點(diǎn)，但是其頻率切換速度慢，而且頻率分辨率低。為了克服兩者的缺點(diǎn)，人們將兩種技術(shù)結(jié)合起來，提出多種DDS和PLL相結(jié)合的混合頻率合成方案。其中，DDS直接激勵PLL方案是最基本的混合頻率合成方案，其結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。所以X波段微波信號源采用了DDS+PLL混合式頻率合成方案。
　　該方案的工作模式是把DDS的輸出頻率作為PLL的參考頻率，通過控制改變DDS的頻率控制字或PLL中可編程分頻器的分頻比，達(dá)到系統(tǒng)跳頻的目的。它利用高的鑒相頻率提高PLL的頻率切換速度，并且利用DDS的高頻分辨率來保證頻率間隔，同時PLL的帶通作用可以很好地抑制DDS輸出頻譜中的部分雜散，實(shí)現(xiàn)了DDS和PLL的優(yōu)勢互補(bǔ)。
　　X波段微波信號源包括通信控制單元、中頻信號電路、X波段變頻源、頻率合成單元、供電電源等，微波信號源通過RS 232與工控機(jī)通信，信號點(diǎn)頻既能手動選擇，也能自動控制。X波段微波信號源原理如圖2所示。
　　
　　2．1 通信控制單元
　　通信控制單元采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）編程實(shí)現(xiàn)。FPGA具有集成度高，數(shù)據(jù)處理速度快，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)，可以根據(jù)需要通過布局布線工具對其內(nèi)部進(jìn)行編程，將電路集成在一個芯片上，在最短的時間內(nèi)設(shè)計(jì)出專用系統(tǒng)。
　　FPGA通過RS 232與上位機(jī)通信，通信接口采用MAX 232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)接收端將±10 V電平信號轉(zhuǎn)換為FPGA兼容的TTL電平，在數(shù)據(jù)發(fā)送端將TTL電平轉(zhuǎn)換為±10 V電平信號，滿足標(biāo)準(zhǔn)RS 232接口的電平要求。