Ku 波段频率合成器

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1、Ku波段频率合成器Ku波段频率合成器主要功能是提供具有一定隔离度的两路相参2cm波段的输出频率，经系统倍频后作为发射机的发射信号和接收机的本振信号。如何使Ku波段频率合成器具有高频率稳定度、低相位噪声、低杂散、小体积以及高隔离度等特性，是当今设计人员主要的研究方向。　　1  主要技术指标　　(1)晶振频率:(略)。　　(2)输出射频频率:本振信号，频率2cm波段；发射信号，频率fR=fL-fI(检测信号频率同发射信号频率)。　　(3)本振信号和发射信号的单边带相位噪声:小于等于-96dBc/Hz@10~500kHz。　　(4)本振信号和发射信号无用频率分量:小于等于-70

2、dBc。　　(5)隔离:本振电路对发射信号的隔离大于等于105dB；发射电路对本振信号的隔离大于等于90dB。　　(6)发射电路预调制:开关通断比大于等于85dB。　　2  主要技术途径　　2.1  频率合成的类型　　通常频率合成器可以被分成直接式频率合成器、直接数字式频率合成器及锁相式频率合成器三种类型，其中最后一种频率合成器也被称为间接式频率合成器。很多情况下，频率合成器是由多种类型相结合形成的。　　2.1.1  直接式频率合成器　　直接模拟频率合成器是最先出现的一种合成器类型的频率信号源。这种频率合成器原理简单，易于实现。其合成方法大致可分为两种类型:一种是所谓的非

3、相关合成方法；另一种是所谓相关合成方法。这两种合成方法之间的主要区别是所使用的参考频率源的数目不同而已。　　直接式频率合成器的显着特点是:分辨率高；频率转换速度快(小于100us)；工作稳定可靠；输出信号频谱纯度高。缺点就是使用的元件太多，很难集成，而且功耗较大，很难用于移动通信中。　　2.1.2 锁相式频率合成器　　锁相环路(PhaseLockedLoop)是一个闭环的相位控制系统，它的输出信号的相位能自动跟踪输入信号相位。锁相环路之所以能够进入相位跟踪，实现输出与输入信号的同步，是因为它是一个相位的负反馈控制系统。它由三个基本部件组成，分别是鉴相器(PD)、环路滤波器

4、(LPF)和压控振荡器(VCO)。其原理框图如图1所示。图1锁相环原理框图　　2.1.3  直接数字式频率合成器　　直接数字式频率合成(DirectDigitalFrequencySynthesis，DDS)是近年来发展起来的一种新的频率合成技术。它将先进的数字处理理论与方法引入信号合成领域，标志着第三代频率合成技术的出现。其主要优点是相对带宽很宽，频率转换时间极短(可小于20ns),频率分辨率很高(典型值为0.001Hz)，全数字化结构便于集成，输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控。因此，能够与计算机紧密结合在一起，充分发挥软件的作用。DDS技术的实现完全是高速数

5、字电路D/A变换器*的产物。由于集成电路速度的限制，目前DDS的上限频率还不能做得很高。但GaAs(砷化镓)材料在集成电路中的应用，使得DDS上限频率不够高的缺陷正在不断地被克服。　　2.2  DDS+PLL方案的简单介绍　　因为PLL具有高频率、宽频带、频谱纯度好的优点，但其频率切换速度低，只能达到??s级，而DDS具备高速频率捷变能力(可达到10ns级)，相位分辨能力强，只要将二者相结合，可产生高精度，高速切换频率的频率合成器。现在的DDS+PLL混合频率合成技术主要有以下三种比较成熟的方案，并在工程研制中得到应用。　　2.2.1 DDS激励PLL方案　　DDS激励P

6、LL是最简单和最直接的组合方案,PLL设计成N倍频环，DDS作为PLL的参考信号，如图2所示。输出信号的频率分辨率为N??(DDS的频率分辨率)，DDS在环路带宽以内的杂散将带入信号,且恶化20logNdB，频率变换时间取决于PLL，原理框图如图2所示。图2 DDS激励PLL方案原理框图　　2.2.2 具有良好杂散性能的PLL内插DDS组合方案　　为了解决DDS杂散会被PLL放大的问题，产生了PLL内插DDS方案。在本方案中输出信号的频率fOUT=fDDS+NfREF，DDS的输出信号不经PLL倍频,因而相位噪声和杂散不会在输出端恶化，具有低的相位噪声和好的杂散性能。方案

7、中BPF2需要滤除混频产生的多余频率分量，本身又会影响环路参数，具有一定的设计难度，且调频速率也受PLL的限制。原理框图如图3所示。图3 PLL内插DDS组合方案原理框图　　2.2.3 转换时间快捷的组合方案　　DDS与PLL混频后的输出频率为fOUT=fDDS+NfL，此方案中PLL作为本振信号保持不变，频率转换时间只由DDS决定，可以充分体现DDS频率转换快捷的特点。此外DDS的杂散不会在输出端恶化，具有较好的频谱质量。原理框图如图4所示。图4原理框图　　2.3  方案选择　　根据技术指标的要求，拟采用锁相方案。锁相方案也