某型導引頭小型化頻率綜合器的研制

摘要：頻率源是現(xiàn)代通訊系統(tǒng)必不可少的關鍵電路，是決定電子系統(tǒng)性能的關鍵設備。雷達、電子對抗、通訊等技術的迅猛發(fā)展，對頻率源提出了越來越高的要求。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現(xiàn)。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。實際測試證明該系統(tǒng)有著很好的性能表現(xiàn)。
關鍵詞：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．產生全系統(tǒng)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(tǒng)時鐘信號。其輸出信號形式為非線性調頻、簡單脈沖信號、步進頻信號。頻綜系統(tǒng)要求重量輕、體積小，沖擊與振動符合彈載要求并有良好的電磁兼容性。

1 系統(tǒng)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：非線性調頻脈沖信號與簡單脈沖信號可選。
①非線性調頻脈沖信號
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：點頻連續(xù)波與步進頻信號可選；
調頻間隔：1MHz；
調頻點數(shù)：128點；
調頻時間：≤20μs；
相位噪聲：-99dBc／Hz@1kHz；
振動環(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(tǒng)方案設計
由指標可以看出，該系統(tǒng)輸出相噪與雜散要求指標較高，且要實現(xiàn)快速的步進頻信號。所以使用單個鎖相環(huán)難以實現(xiàn)，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，產生步進間隔6MHz的C波段信號，六分頻后產生步進間隔1MHz的P波段信號，最后與X波段信號相混頻產生所需的微波基準信號。
波形產生選用AD公司的AD9957。恒溫晶振輸出作為AD9957參考時鐘，通過AD9957芯片內部鎖相環(huán)電路倍頻至所需系統(tǒng)時鐘。將非線性調頻信號的I路和O路數(shù)據(jù)寫入控制FPCA的內部RAM中，通過一定的時序以發(fā)射觸發(fā)脈沖前沿作為信號輸出，在AD9957內部將基帶數(shù)據(jù)調制到240MHz載頻上。點頻PLL產生L波段信號，與AD9957輸出信號混頻產生所需的發(fā)射中頻信號(見圖1)。

2 系統(tǒng)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點頻源輸出的L波段信號混頻得到。AD9957的內部1GHz系統(tǒng)時鐘由外部出入?yún)⒖夹盘柦涍^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，經過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)產生，其雜散主要是鑒相頻率以及鑒相頻率的各次諧波所產生。這種雜散的抑制可以依靠優(yōu)化環(huán)路濾波器等各種措施來完成，可以做到-70 dBc以下?；祛l后的雜散通過濾波器濾除可優(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，經分頻后雜散優(yōu)于-80dBc。由于目前二選一開關隔離可以做到-85 dB以下，因此而兩個鎖相環(huán)通過二選一開關泄漏到另一路所引起的雜散可以忽略?；祛l后的雜散通過濾波器濾除到-75dB以下，并對諧波進行抑制，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沖擊等工作環(huán)境，頻綜結構設計時盡量減少多余電路和腔體，并通過合理選擇同定方式保證整體強度。頻率綜合器采用兩個模塊，并分別使用鋼絲繩減振器進行震動隔離。模塊一含頻標信號產生板、發(fā)射中頻信號產牛板、電源板；模塊二含低頻信號產生板、倍頻濾波放大組件。兩個模塊之間通過9芯微矩形連接器插座進行電源的連接，通過SSMA接頭射頻電纜進行射頻信號的連接。