毫米波频率综合器的研究与设计

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1、摘要摘要毫米波由于具有波长短、频带宽等特性，已在跟踪与制导雷达、电子对抗、毫米波通信等领域得到广泛应用。众所周知，毫米波系统中频率综合器设计的好坏将直接影响毫米波发射信号的质量，噪声系数，灵明度和输出信噪比等指标。对于全相参毫米波跟踪雷达，为了同时兼顾雷达作用距离，距离速度分辨率、降低系统功耗有效提取目标信息，系统为脉冲压缩体制，发射信号常采用脉宽可变的线性调频(LFM，LinearFrequency-Modulated)脉冲压缩信号。当前，采用直接数字频率合成(DDFS)技术来产生脉宽可变的LFM信号已逐渐成为主

2、流趋势，但是只能在低频段实现。因此，毫米波频段LFM信号一般通过频综技术上变频得到。由于频综对整机系统特性影响重大，且在频率范围、频率步进、频谱纯度、变频时间等主要技术指标上的要求愈来愈高，故高性能频综始终是现代电子系统的关键技术之一。本文阐述了一种8毫米频段低杂散高分辨率频率综合器的设计。该设计在良好的频率规划和电路设计的基础上，将频综的设计融入收／发射频前端之中。整个频综部分包括DDS模块，5倍频模块，PLLI模块，PLLII模块，混频模块，控制电路模块等设计。该设计充分利用了直接数字频率合成(DDS)，锁相环

3、(PLL)，FPGA等各自的性能优势，既降低了各级变频本振和脉宽可变LFM信号的实现难度，又在频谱纯度(相噪和杂散水平)与变频时间等关键技术指标上得到了较高的综合表现。LFM信号由DDS在较低的频率(80MHz)产生，然后，通过三次上变频至8MM频段作为毫米波发射信号。各级变频本振通过倍频器和S／C波段的PLL提供。实测结果表明：在S／C波段的PLL本振源最小步进10MHz,带宽5000MHz时，杂散电平小于．60dBc，相噪水平均优于．85dBC／Hz@lkHz，系统最大变频(频差500MHz)时间小于lOlxs

4、，完全能够满足系统设计的综合指标要求。关键词：频率综合器，PLL(锁相环)，DDS(直接数字频率合成)，相噪，杂散ABSTRA(了rABSTRACTDuetothemillimeterwave’Scharacteristicsofshortwavelength，widebandandSOon，ithasbeenappliedcomprehensivelyintrackandguidanceradar,electroniccountermeasure，millimeterwavecommunication．Asisk

5、nowntoUS，themlll—wavesystem’Sfrequencysynthesizeristhekeymodulethathaveheavilyinfluenceonthequalityoftransmittingsignalandnoisefigure，sensitivityandoutputSNR．Asfortheautomatictrackingradar,itusesLFM(LinearFrequency-Modulated)signalwithadjustablepulsewidthasthe

6、transmittingsignaltotakeaccountofradarrangeandrangediscrimination，reducesystempowerconsumptionandextracttargetinformationeffectively．Now,thecommontechnologyoftheLFMsignal’SgenerationisDirectDigitalFrequencySynthesis(DDS)，butitCanonlygenerateLFMsignalinlowfrequ

7、encyband，themm—waveLFMsignal’Sgenerationmustdependontheveryimportantmodule‘·—。frequencysynthesizerwhichmusthavehigherandhigherperformanceonfrequencyband，frequencystep，spectralpurityandconvertingtimeinthemodemelectronicsystem．Thisdissertationpresentsthedesignin

8、gof8mmfrenquencysynthesizerwhichhavelow—spuriousandhighresolution．Bygoodfrequencyprogramming，circuitsdesigningandtheusingofDDS，PLL，FPGAchips，thefrequencysynthesizernotjustbeimpleme