某型導引頭小型化頻率綜合器的研制

摘要：頻率源是現代通訊系統必不可少的關(guān)鍵電路，是決定電子系統性能的關(guān)鍵設備。雷達、電子對抗、通訊等技術(shù)的迅猛發(fā)展，對頻率源提出了越來(lái)越高的要求。文中論述了一種小型化雷達導引頭用頻率綜合器的設計和實(shí)現。在方案論證中對各項指標做了細致的分析，保證了方案的可行性。實(shí)際測試證明該系統有著(zhù)很好的性能表現。
關(guān)鍵詞：頻率捷變；頻率合成器；導引頭

本頻率綜合器用于某型雷達導引頭．產(chǎn)生全系統所需各種頻率的全相參信號，主要有發(fā)射中頻信號、本振中頻信號、微波基準信號、相參本振信號、系統時(shí)鐘信號。其輸出信號形式為非線(xiàn)性調頻、簡(jiǎn)單脈沖信號、步進(jìn)頻信號。頻綜系統要求重量輕、體積小，沖擊與振動(dòng)符合彈載要求并有良好的電磁兼容性。

1 系統主要指標及方案
1．1 主要指標
(1)發(fā)射中頻信號
中心頻率：L波段；
相位噪聲：≤-90dBc／Hz@1kHz；
雜散：≤-60dBc；
諧波：≤-45dBc；
信號形式：非線(xiàn)性調頻脈沖信號與簡(jiǎn)單脈沖信號可選。
①非線(xiàn)性調頻脈沖信號
調頻帶寬：5MHz；
脈沖寬度：1．2μs 20μs 80μs可控；
脈沖重復周期：300μs可變；
②簡(jiǎn)單脈沖
脈沖寬度：200ns；
脈沖重復周期：300μs可變。
(2)微波基準信號
起始頻率：X波段；
信號形式：點(diǎn)頻連續波與步進(jìn)頻信號可選；
調頻間隔：1MHz；
調頻點(diǎn)數：128點(diǎn)；
調頻時(shí)間：≤20μs；
相位噪聲：-99dBc／Hz@1kHz；
振動(dòng)環(huán)境下相位噪聲惡化： 25dB (偏離載頻1kHz)；
雜散：-60dBc±3MHz帶外，-75dBc；±3MHz帶內。
1．2 系統方案設計
由指標可以看出，該系統輸出相噪與雜散要求指標較高，且要實(shí)現快速的步進(jìn)頻信號。所以使用單個(gè)鎖相環(huán)難以實(shí)現，因此采用了乒乓環(huán)的形式。鎖相環(huán)芯片選用AD公司ADF4107，鑒相頻率6MHz，產(chǎn)生步進(jìn)間隔6MHz的C波段信號，六分頻后產(chǎn)生步進(jìn)間隔1MHz的P波段信號，最后與X波段信號相混頻產(chǎn)生所需的微波基準信號。
波形產(chǎn)生選用AD公司的AD9957。恒溫晶振輸出作為AD9957參考時(shí)鐘，通過(guò)AD9957芯片內部鎖相環(huán)電路倍頻至所需系統時(shí)鐘。將非線(xiàn)性調頻信號的I路和O路數據寫(xiě)入控制FPCA的內部RAM中，通過(guò)一定的時(shí)序以發(fā)射觸發(fā)脈沖前沿作為信號輸出，在A(yíng)D9957內部將基帶數據調制到240MHz載頻上。點(diǎn)頻PLL產(chǎn)生L波段信號，與AD9957輸出信號混頻產(chǎn)生所需的發(fā)射中頻信號(見(jiàn)圖1)。

2 系統性能指標分析論證
2．1 相位噪聲分析
發(fā)射中頻信號是由AD9957輸出的信號與PLL點(diǎn)頻源輸出的L波段信號混頻得到。AD9957的內部1GHz系統時(shí)鐘由外部出入參考信號經(jīng)過(guò)其內部鎖相倍頻得到。AD9957參考手冊中50MHz輸入使用內部倍頻器倍頻至1GHz輸出201．1MHz，偏離載頻1kHz處相位噪聲為-118dBc／Hz，由此推定AD9957輸出信號相位噪聲應小于-110dBc／Hz@1kHz，L波段信號是由恒溫晶振信號作為參考輸入，以12MHz作為鑒相頻率進(jìn)行104次倍頻獲得。采用集成鎖相環(huán)AD4107，其噪聲基底為-219 dBc／Hz@1kHz，所以輸出L波段信號相噪為：-219+20lg104+10lg12000000=-107．8dBc／ Hz@1kHz。假設混頻后附加3dB損失，獲得的發(fā)射中頻信號相位噪聲應優(yōu)于-104dBc／Hz@1kHz，滿(mǎn)足指標要求。
微波基準信號是由乒乓環(huán)輸出C波段信號六分頻后產(chǎn)生P波段信號，再與X波段信號相混頻濾波得到。乒乓環(huán)中輸出最高頻率為4836MHz，兩個(gè)鎖相環(huán)均以6MHz作為鑒相頻率，因此其相噪最差為-219+20lg (4836／6)+10lg (6000000)=-93 dBe／Hz@1kHz，經(jīng)過(guò)6分頻后相位噪聲為：-93-20lg(6)=-108 dBc／Hz@1kHz。X波段信號是由恒溫晶振信號倍頻得到，相位噪聲為-105 dBc／Hz@1kHz?；祛l后附加3dB損失，則微波基準信號相噪為：-102dBc／Hz@1kHz，滿(mǎn)足指標要求。
2．2 雜散及諧波分析
頻率合成中，雜散信號的來(lái)源主要由于倍頻、混頻及信號通道之間的串擾造成。
發(fā)射中頻信號是由L波段信號與DDS輸出的240MHz信號混頻得到，DDS輸出的雜散在-70dBc以下，L波段信號是由鎖相環(huán)產(chǎn)生，其雜散主要是鑒相頻率以及鑒相頻率的各次諧波所產(chǎn)生。這種雜散的抑制可以依靠?jì)?yōu)化環(huán)路濾波器等各種措施來(lái)完成，可以做到-70 dBc以下?；祛l后的雜散通過(guò)濾波器濾除可優(yōu)于-65dBc，諧波優(yōu)于-50dBc。
微波基準信號是由乒乓環(huán)輸出C波段信號六分頻后產(chǎn)生P波段信號，再與X波段信號相混頻濾波得到。X波段的雜散主要是240MHz的各次諧波，通過(guò)濾波器可將雜散抑制在-80dBc以下，乒乓環(huán)輸出雜散在-70dBc以下，經(jīng)分頻后雜散優(yōu)于-80dBc。由于目前二選一開(kāi)關(guān)隔離可以做到-85 dB以下，因此而兩個(gè)鎖相環(huán)通過(guò)二選一開(kāi)關(guān)泄漏到另一路所引起的雜散可以忽略?；祛l后的雜散通過(guò)濾波器濾除到-75dB以下，并對諧波進(jìn)行抑制，最終輸出的微波基準信號雜散應優(yōu)于-75 dB。

3 結構設計
由于是彈載應用，考慮到體積重量要求以及振動(dòng)沖擊等工作環(huán)境，頻綜結構設計時(shí)盡量減少多余電路和腔體，并通過(guò)合理選擇同定方式保證整體強度。頻率綜合器采用兩個(gè)模塊，并分別使用鋼絲繩減振器進(jìn)行震動(dòng)隔離。模塊一含頻標信號產(chǎn)生板、發(fā)射中頻信號產(chǎn)牛板、電源板；模塊二含低頻信號產(chǎn)生板、倍頻濾波放大組件。兩個(gè)模塊之間通過(guò)9芯微矩形連接器插座進(jìn)行電源的連接，通過(guò)SSMA接頭射頻電纜進(jìn)行射頻信號的連接。