基于DDS+PLL的X―Band信號源設計

摘要：將DDS和PLL技術結合起來，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計，一定程度上解決了頻率分辨率、頻率轉換速度和相位噪聲的問題，并完成了實機研制、系統聯調試驗和測試。結果表明，輸出信號的頻譜和相噪特性良好，達到了預期的要求。
關鍵詞：頻率合成；直接數字頻率合成；鎖相環；相位噪聲

0 引言
在雷達型制導導彈的研制和生產過程中，對微波接收機的性能指標進行調試和檢測是一個重要環節。為了實現某型雷達制導導彈微波接收機的自動測試，需要一種專用測試系統。X波段微波變頻源是該系統的重要組成部分，是決定測試系統性能的關鍵設備之一。該頻率源要能夠提供相干的信號源、本振源和鏡頻源，用來模擬空中目標回波信號，為雷達導引頭中微波接收機的技術指標測試以及性能研制提供必要條件。
隨著現代電子技術的迅猛發展，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成為頻率合成技術發展的主要趨勢，直接數字頻率合成(DDS)和鎖相環頻率合成(PLL)技術已成為頻率合成技術發展的主流方向。本文提出一種以DDS激勵PLL方式實現X波段微波變頻源的方案，具有高度的集成性，降低了硬件的復雜程度，提高了系統的整機性能，滿足了測試系統的需求。

1 功能和設計要求
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回波信號即探測信號、鏡頻信號和導彈發射機本振信號，能夠在控制計算機的控制下，在1 GHz通帶內選擇201個點頻進行變頻，微波信號源在測試系統中的構成見圖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通帶內頻率可變，具體指標：
頻率及帶寬相關參數：
(1)信號FS1：f0-fI±150 MHz；
(2)本振fL：f0±150 MHz；
(3)鏡頻FS2：f0+fI±150 MHz；
(4)中頻fI：(28±0．5)MHz；
(5)信號源、本振源、鏡頻源頻率準確度：≤±5 MHz；
(6)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)；
輸出功率：18～22 dBm。

2 設計思路和具體方案
頻率合成的實現方法主要有3種，即直接頻率合成(DFS)、鎖相環頻率合成(PLL)和直接數字頻率合成(DDS)。其中，DFS技術以其結構復雜，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，但是由于其全數字結構，輸出頻譜質量差，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，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，人們將兩種技術結合起來，提出多種DDS和PLL相結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，其結構簡單，容易實現。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，達到系統跳頻的目的。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，實現了DDS和PLL的優勢互補。