常用的跳頻頻率合成器方案比較

1.1 直接頻率綜合
直接頻率綜合技術的典型工作原理是將高穩(wěn)定度的晶體振蕩器輸出的頻標信號通過諧波發(fā)生器產生梳狀頻譜信號，并用濾波器取出所需要的頻率成分，再將它們進行組合混頻濾波，經(jīng)電子開關切換得到最終的跳頻信號。其優(yōu)點是頻率轉換時間短；相位噪聲低；輸出信號頻率較高。缺點是頻譜雜散較難抑制，隨著跳頻點數(shù)增加，硬件的復雜度呈指數(shù)關系增長，相應的體積和重量也較大。

1.2 鎖相環(huán)頻率綜合
與直接頻率綜合技術不同，采用鎖相環(huán)頻率綜合技術的頻率合成器可以輸出較多的頻率點數(shù)，頻譜雜散分量較少，相位噪聲也較低，硬件比較簡單。它的工作原理是將壓控振蕩器產生的射頻信號和晶體振蕩器輸出的參考信號分別進行分頻，得到兩個頻率近似相同的信號，并送到鑒相器比較出誤差信號，誤差信號經(jīng)過濾波后，控制壓控振蕩器，使壓控振蕩器輸出的射頻信號保持穩(wěn)定。它也易于得到較高頻率的信號，但是，采用鎖相環(huán)頻率合成技術的頻率合成器應用于高速跳頻系統(tǒng)最大的弱點是其頻率轉換時間長，從數(shù)十微秒到幾百毫秒之間，這對于某些超高速跳頻系統(tǒng)而言，已經(jīng)不能滿足頻率駐留時間的要求。

1.3 直接數(shù)字頻率綜合
直接數(shù)字頻率綜合技術，是一項基于大規(guī)模數(shù)字集成電路的技術。它是在外部控制命令下，直接由查表得出當前所需要的頻率和相位碼，經(jīng)數(shù)模轉換輸出相應的模擬信號。它主要的特點是頻率轉換快，頻率點數(shù)多，而且頻率分辨率很高。但是，由于數(shù)字集成電路速度和奈奎斯特原理的限制，其輸出信號頻率不高，輸出信號頻譜雜散也較大，在較寬的工作范圍時，不能達到實用要求。
三種頻率合成技術的技術特性如表1所示。從表中可以看出，采用單一的頻率合成技術，目前都難以達到所需超高速頻率合成器的要求。因此必須采用它們的組合形式，取長補短。組合方法常用的主要有DDS+PLL頻率合成和DDS+DS頻率合成方法，下面分別介紹。

表1 三種頻率合成技術的技術特性

1.4 基于DDS的組合式跳頻頻率合成器
1.4.1 DDS+PLL頻率合成方法
1) DDS激勵PLL的間接頻率合成方法[1, 2]
將PLL設計成N倍頻環(huán)，DDS輸出通過帶通濾波器BPF直接作為PLL的參考信號。
DDS和PLL結合后，通過合理地選擇頻率控制字K、系統(tǒng)時鐘fc以及可變分頻比N，可以將DDS輸出頻率倍頻到合成器工作頻段。加入帶通濾波器可以有效地抑制DDS的寬帶頻率雜散。系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 DDS激勵PLL系統(tǒng)方案原理框圖
2) PLL內插DDS系統(tǒng)方法[1]
DDS激勵PLL的間接頻率合成方法，DDS輸出的帶內雜散經(jīng)過倍頻后，存在著頻譜純度惡化的缺點。為充分發(fā)揮PLL頻譜純度高的優(yōu)勢，避免DDS雜散多的弱點，利用高精度的晶體振蕩器作為PLL參考頻率源。

系統(tǒng)原理如圖2所示，圖中PLL作為系統(tǒng)核心，輸出合成的頻率，DDS插入到鎖相環(huán)內，與VCO輸出混頻后反饋至PD。

圖2 PLL內插DDS系統(tǒng)原理框圖
雖然該方案避免了DDS輸出的帶內雜散倍頻后頻譜純度惡化的問題，頻譜純度優(yōu)于DDS激勵PLL方案。但是，在反饋支路內引入混頻器和帶通濾波器，增加了電路復雜度和調試難度。
由于DDS+PLL頻率合成方法都是基于鎖相環(huán)系統(tǒng)，它是一個惰性環(huán)節(jié)，鎖定時間較長，頻率合成器的頻率轉換時間一般要長達幾十微秒以上，因此DDS+PLL的實現(xiàn)方法的系統(tǒng)輸出頻率捷變速率不高，不適合高速跳頻頻率合成器的技術要求

1.4.2 DDS+DS頻率合成方法
DDS與DS相結合，利用模擬倍頻器替代PLL，克服了DDS＋PLL頻率合成器的頻率轉換時間長的弱點。在該方案里，用DDS作為頻率合成器核心部件，產生足夠多離散頻點，然后利用多個倍頻器和濾波器組成的倍頻鏈提高DDS輸出頻率，同時拓展了DDS輸出帶寬。系統(tǒng)方案原理如圖3所示。圖中插入帶通濾波器抑制帶外的雜散，提高了頻譜純度。

圖3 DDS＋DS系統(tǒng)方案原理框圖
盡管本方案帶通濾波器只能濾掉帶外雜散，帶內雜散經(jīng)過倍頻后造成頻率純度有所惡化，但是DDS+DS方法在頻率轉換速率比DDS+PLL方法更具有優(yōu)勢，有利于高速跳頻合成器的實現(xiàn)。然而，在保證頻率高速切換前提下，如何提高頻率合成器的頻譜純度是本方案實現(xiàn)的難點。