现代微波频率合成器技术

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1、现代微波频率合成器技术讲座教师刘光祜LiuGuanghu第一章频率合成器基本指标频率合成——由一个参考频率通过电路技术产生一个或多个频率信号的技术。参考频率源——高稳定、高纯频谱基准源，一般是XO、TCXO、OCXO一、频率合成器主要指标1、单边带相位噪声L（fm）（1）基本概念：因噪声对输出频率随机调角造成输出频率的瞬时随机抖动（短期频率稳定度），主谱两侧产生噪声边带；在时域，可用阿仑方差表征这种短期频率稳定度；在频域，可用相位噪声表征瞬时频率稳定度；短稳与相噪可以换算UlrichL.Rohde:【MicrowaveandWirelessSynthesizer

2、sTheoryandDesign】相位噪声单位：dBc/Hz@Hz。L（fm）与基带上相位噪声△Φ（t）功率谱密度的关系：fm——付氏频率，fm即基带相位噪声的频率图2是相位噪声在RF上的测量方法——RF上的单边带相位噪声（2）LC反馈振荡器关于相位噪声的Leeson模型及结论几点分析：（半带宽）时，***推论：振荡器后接高QH谐振器可使谐振器带外振荡管应采用低噪声管，且fc（闪烁噪声）要低。低和高QL振荡器相位噪声谱（幂律谱）的区别:虚线表明，加入高QH谐振器能改善振荡器的相位噪声相位噪声的重要性（举例）（1）接收机本振相噪因“倒易混频”进入中频通带；（2）AMT

3、I/PD雷达中载波相噪会降低“改善因子”；（3）复杂数字调制（如QAM）接收机中，本征相噪下降，误码率增加2、非谐波杂散（1）基本概念：*除输出频率之外的其它寄生信号（不含噪声）相对于主谱的最大功率。*单位：dBc；*杂散一般是以寄生调频边带形式产生（见图六b）.（2）产生杂散的原因：*PLL频综：鉴相杂散，分数杂散；*DDS频综：原因、成分复杂；*混频的组合干扰；*时钟寄生调频；*电源50Hz寄生调频。图六a相位噪声图六b鉴相杂散（3）强调杂散抑制指标的意义3、跳频时间（1）基本概念：频综从f1跳至f2，在误差范围内所需时间，数量级：μs~ms；（2）跳频时间的重

4、要性：捷变频体制；（3）跳频时间测量：调制域分析仪、信号分析仪、存贮示波器；二、频率合成器的其他指标4、频率漂移（1）频率温漂ppm（10－6）（工作温度范围）（2）频率时漂（老化率）ppm/时间——长期频率稳定度频率漂移由频率合成器的参考源唯一确定。5、输出频率和分辨率（步长）窄带源、宽带源、点频源6、谐波抑制谐波是波形指标，并非寄生杂散7、输出功率及功率波动功率波动指标较高时，需要稳幅8、跳频方式：串口、并口9、负载牵引：输出口指标对负载的敏感度，可用隔离器输出消除。第二章直接频率合成（DS）直接频率合成是只采用非线性单元电路（混频、分频、倍频等）实现频率合成的

5、技术。一、放大器对输出相噪的影响1、加性噪声会引起的放大器相位噪声…放大器的相噪基底（图八的分析结论）：对数表示：分析：F——放大器噪声系数；Psi——放大器输入功率T↑2、闪烁噪声（1/fc噪声）闪烁噪声成因复杂，它使近端相噪基底抬高。考虑fc时的近似公式：二、混频器输出的相位噪声∵和不相关，∴二者功率谱密度相加∴几点分析：*混频器输出相噪由相噪差的一路决定；*两输入信号相噪相同时，输出相噪恶化3dB；*混频是提高频综输出频率而不恶化相噪的重要手段。三、倍频器输出的相位噪声分析图12，理想倍频时：倍频器件：*集成倍频器（有源、无源）*分立元件：二、三极管、变容管、

6、SRD；一个问题：20lgN的恶化是否不能超越？否四、分频器输出的相位噪声图13示例：A——整体倍频B——倍频链中插入窄带滤波(高Q)C——PLL倍频由图14，理想分频时：分频器存在底噪（触发相位噪声），导致相噪的降低可能达不到上述值图十五某集成分频器的底噪五、直接频率合成器举例功能：5MHz参考源，输出：40~80MHz，1Hz步长缺点：设备量极大如改用新技术——DDS（1片）+单片机，设备大大简化图十六直接频率合成器实例第三章锁相频率合成（PLLFS）一、数字分频PLL频率合成器基本原理图十七基本PLL频率合成框图缺点：*单模前置分频提高了输出频率，但使分辨率降

7、低(分辨率为VfPD)；*采用电压输出PFD，存在死区、且对LF要求高。二、PLLFSIC主流技术之一——双模前置分频（吞脉冲技术）图十八双模分频PLL频率合成器框图*分辨率:仍为fPD，*常用p/p+1：4/5，8/9，16/17，32/33，64/65*单片FSIC已高达8GHz以上。B＞A三、PLLFSIC主流技术之二——电荷泵输出PFD图十九电荷泵输出PFD示意图采用电荷泵PD后的PLL相位模型：图二十电荷泵PLL频综相位模型典型环路滤波器：其中：图二十一三环路滤波器LF的传递函数因电荷泵而成为阻抗函数：环路传输：结论：采用电荷泵PD，无源LF也使PLL