基于AD9858的宽带雷达信号源设计与实现

DDS核，一个32位的相位累加器，一个14位的相位偏移调整器，一个频率为109次采样的10位数膜转换器四部分组成。并且高性能DDS芯片AD9858增加了自动扫频的功能，提供了频率达2 GHz的混频器，一个相位频率检测器以及一个可编程的带有高级快锁功能的电荷泵。AD9858提供了串行和并行控制接口，通过这两个控制接口可以写数据到片内数字寄存器控制所有操作，很容易配置AD9858。四组用户频率相位控制字(profi les)能由片外的两个脚选定。这些用户可以单独选择设定频率转换字和相位偏移字。AD9858可以进行单音模式和扫频模式的切换。为了省电，还能使AD9858工作在可编程的全睡眠模式，这种模式下多数器件功率降低从而减小电流。
基带信号源产生(200+50)MHz的基带线性调频信号，以AD公司高性能AD9858芯片和Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA芯片为核心，由AD98 58芯片、FPGA芯片、带通滤波器、射频放大器和电源组成。
AD9858芯片工作时钟达到1 GHz，输出带宽达到400 MHz，内置10位的A／D，并提供1／8频率的工作时钟给FPGA芯片，FPGA部分完成AD98 58控制字的加载，使其工作于扫频模式，并产生整个系统收发开关的调制信号和基带信号源的时序控制信号。基带信号源的结构框图如图2所示。

AD9858有三种工作模式：扫频模式、单音模式和休眠模式。AD9858工作模式的确定由功能控制字控制，包括起始频率控制字(FTW)、步进频率控制字(DFTW)、步进频率斜率控制字(DFRRW)和工作模式控制字(CFR)。控制字FTW，DFTW和DFRRW分别由以下公式确定：
FTW=(fs×232)／SYSCLK (1)
DFTW=(△f×231)／SYSCLK (2)
DFRRW=(△t×SYSCLK)／8 (3)
fF=fs+T×△f／△t (4)
式中：SYSCLK为系统时钟；fs为起始频率；△f为步进频率；△t为步进时间；fF为终止频率；T为扫频时间。基带信号源产生中心频率为200 MHz、带宽为100 MHz的线性调频信号，起始频率为150 MHz，终止频率为250 MHz，脉冲宽度为4μs，参考时钟为1 GHz。

3 宽带雷达信号源的测试
宽带雷达信号源由基带信号源和倍频链组成，基带信号源产生(200+50)MHz的线性调频基带信号，然后经倍频链上变频和倍频，输出1 GHz±400 MHz的线性调频激励信号。宽带示波器(Agilent MS09064A型)和频谱分析仪(Agilent E4440A型)分别测试基带信号和激励信号，检验是否达到设计要求。
3．1 信号时域测试
基带信号源产生时宽为4μs，重频为2 kHz的线性调频脉冲串。宽带示波器测试基带信号如图3，图4所示，基带信号时宽为4μs，脉冲串重复周期为500μs，达到设计要求，但是所产生的基带信号幅度上存在调制，这是因为实际电路中存在阻抗不匹配和滤波器的非理想幅度响应。

基带信号由倍频链上变频和倍频输出激励信号，其时宽亦为4μs，重频为2 kHz。宽带示波器测试激励信号如图5，图6所示，激励信号的时宽为4μs，脉冲串周期为500μs，达到设计要求。由于倍频链中包括带通滤波器使得激励信号相对于基带信号在幅度上有所改善。
3．2 信号频域测试
宽带信号源产生激励信号频谱是否达到设计的要求，一定程度上影响宽带雷达的性能。频谱分析仪分别测试基带信号源产生的线性调频基带信号和经过倍频链输出的线性调频激励信号。频谱分析仪测试所产生的线性调频基带信号的带宽和杂散抑制，分别如图7，图8所示。

频谱分析仪测试基带信号，其带宽达到100 MHz，带外抑制不小于35 dB，杂散抑制不小于65 dBc。从图7可以看出，其基带信号的频谱带内幅度存在调制，这和宽带示波器测试结果一致，都是因为电路中阻抗不匹配和滤波器非理想幅度响应曲线造成的。
基带信号经过倍频链上变频和倍频输出激励信号，频谱分析仪测试激励信号的带宽和杂散抑制分别如图9，图10所示。

频谱分析仪测试激励信号，其信号带宽为800 MHz，带外抑制不小于55 dB，杂散抑制不小于35 dBc。激励信号经过倍频后，其中心频率搬移到1 GHz，带宽为800 MHz。和宽带示波器测试激励信号一样，由于倍频链中带通滤波器存在，激励信号的幅度响应曲线相对于基带信号有所改善。

4 结语
宽带信号源产生激励信号的好坏，在一定程度上决定宽带雷达性能。本文给出的宽带雷达信号源设计方案，由基带信号源和倍频链组成。基带信号源选用高性能的AD9858芯片，产生线性调频基带信号，经过倍频链的上变频和倍频，输出激励信号。所产生的基带信号和激励信号经过宽带示波器和频谱分析仪测试，达到设计要求，这对宽带雷达设计有一定意义。