P波段小步进频率合成器的研制

为了适应现代电子战的要求，就需要产生一个与现代战场实际环境相类似的宽频带、多体制、高密度和动态可控的雷达信号环境，从而模拟现代战中的复杂电磁环境。该雷达信号环境模拟器频率合成器可以提供一个复杂、真实的雷达信号。并与其他电子系统配合可以形成综合电磁威胁环境。

1 P波段小步进频率合成器的设计
1．1 主要功能及技术指标
(1)主要功能
◇具有正常工作模式和直接VCO模式。
模拟器设有功能切换，能够使模拟器从正常的闭环状态切换到直接VCO状态下，使模拟器处于开环工作条件下的工作模式，在此工作模式下，模拟器能够使频率捷变时间大大缩短，小于2μs，并保持频率分辨率为0．5MHz。
◇具有频率捷变功能，频率转换时间非常短，在10μs左右。
通过外加频率控制字，能够使信号在两频率点来回跳变，频率转换时间在闭环状态下为10μs左右，在开环状态下，时间小于2μs。
◇能实现正弦波和三角波调频，调频范围从100Hz到1MHz。
在闭环工作状态下，正弦波时，调制信号的频率范围为0．1～1MHz，调频带宽大于100MHz；三角波调频时，调制信号的频率范围为200～500Hz，调频带宽大干100MHz。
◇能实现BPSK、QPSK数字相位调制。
在闭环工作状态下模拟器具有BPSK、QPSK数字相位调制功能，调制信号的码速范围为100Hz～10MHz，调相精度达到±1°。
◇频率分辨率为0．5MHz。
◇设有工作状态和故障显示。
在外接的信号控制接口提供有一输出信号指示，在正常工作状态下为低电平，当处于开环状态或失锁状态时，信号变为高电平，用于提供工作状态和故障指示。
(2)主要技术指标
本系统的主要技术指标如下：
◇频率范围：0．5～1GHz
◇频率转换时间：
正常工作模式下：≤10μs
直接VCO模式下：≤2μs
通过对VCO预置电压使锁相电压更快的进入锁相环的快捕带，从而缩短跳频时间。
◇置频步长(或频率分辨率)：
正常工作模式下：≤0．5MHz
直接VCO模式下：≤1％的波段中心频率
◇频率稳定度：
正常工作模式下，优于1×10-7／日直接VCO模式下，优于1×10-5／日
◇相为噪声：≤-80dBc／Hz@10kHz
◇谐波电平抑制：优于-30dBc
◇输出功率≥10dBm
◇调频功能，具备三角波、正弦波调频，
正弦波调频：调制频率范同：0．1～1MHz
调频带宽>100MHz
三角波调频：调制频率范围：200～500Hz调频带宽>100MHz
1．2 工程方案设计
由于雷达信号环境模拟器频率综合器的技术指标要求很高，为达到低相噪、低杂散、高的频率分辨率、短的频率转换时间的目标，在方案设计中采用由PE3336组成粗步进的主锁相环结合小步进的DDS的全数字化频率合成方案，实现了频率的捷变。中、大规模集成电路的应用使设备量大大减少，同时可靠性却大大提高，体积也非常灵巧。为实现调频功能，PE3336的主锁相环的环路带宽设计成可控的两种环路带宽；为提高频率转换时间，还采取了对VCO先进行预制的措施，使VCO振荡在所需信号的频率附近，对VCO的预制采用数字的方式，并在VCO的控制电压输入前设置了开关以使环路能工作在开环状态，使整个频率综合器工作在直接VCO模式下；整个系统采用一个外部100MHz的参考时钟，系统中所需的其它时钟都由它来产生，外部的参考时钟采用具有恒温装置的高精度晶体振荡器，保证了整个系统的置频精度和频率稳定度。
在本频率综合器中我们采用最新技术的频率合成方法。其中DDS的时钟频率由以前的50MHz提高到现在的1GHz，跳频时间小到几毫秒量级，频率分辨率小于0．1Hz。
在倍频电路、分频电路、混频电路、放大电路及滤波电路中采用先进成熟的设计方法及思路，并辅助于最新的电路设计软件一使产品达到低杂散、低相噪、低功耗、高稳定。
系统原理图如图1所示。

2 功能模块设计
2．1 DDS模块设计
在系统中，为实现0．5MHz的频率分辨率，采用了DDS技术，PE3336的主环的工作频率步进为10MHz，DDS部分的频率步进为0．5MHz，二者结合，实现了宽的频段覆盖和高的频率分辨率。在系统中采用DDS产生180～190MHz的信号，频率步进为0．5MHz。DDS的基本原理是通过信号的相位函数来产生信号，本身一个正弦信号可以表示成
S(t)=cos(2πft+θ0) (1)
其相位函数：
θ(t)=2πft+θ0
显然θ(t)是关于时间t的线性函数，并可得到频率表达式：

△θ为相位增量，TC为固定时间间隔，则以固定时间间隔TC相位增量△θ产生的正弦信号为

改变相位增量，通过相位的累加，就可以产生出所需频率的信号，具体的方案是将相位量化并存储起来。如采用N位字长的寄存器来存储，即是[0，2π]的相位TC间进行N位字长的线性量化，也即在数字i和正弦相位θ(i)之间建立如下的一一映射关系：