宽带跳频频合器关键指标的分析仿真与实现

跳频通信技术是一种扩频技术，也是最常用的一种扩频抗干扰技术，通过载波频率在一定的范围内按某种序列进行跳变，使信号频谱得以扩展，以抑制信道中的干扰。跳频频率合成器是实现跳频通信的核心部件，它直接关系到跳频通信的性能，其主要指标有相位噪声、锁定时间、跳频带宽、频率数目等，其中又以相位噪声和锁定时间最重要，他们直接关系到跳频系统通信质量和抗干扰能力。

1 锁相环频合器相位噪声的分析

1.1 锁相环(PLL)频合器各功能部件相位噪声的估算

PLL频合器各功能部件对相位噪声均有贡献。分析和估算各部件对总相位噪声影响的方法是利用锁相环线性时不变模型，把各个功能块看成无噪声，并将噪声信号加到PLL各功能块的求和节点，如图1所示。假定各噪声源是独立的，先求出每一部件在输出端的相位噪声，再利用叠加法确定PLL频合器输出端总的相位噪声，且在求某一噪声源影响时，令其他噪声源输出为零。各部件在输出端相位噪声是通过各自的传递函数来求得的。如设某一相位噪声源为φnX，输出相位噪声为φo(s)，则φnX到输出端的传递函数为：



1.2 PLL频合器相位噪声仿真

我们利用ADS仿真软件，验证上述分析得出的结论。采用电荷泵三阶无源环路滤波器，设定电路的原始参数为环路带宽10 kHz，Kd=1／10π，Ko=1 MHz／V，分频比为1 000。为了分析环路参数变化对输出相位噪声的影响，首先根据原始数据进行仿真，然后分别改变其中的某一参数，仿真变参数后对系统输出的影响。



仿真电路如图2所示，仿真结果见图3，图中设频标m1～m7，分别对应频率1 Hz，100 Hz，1 kHz，100 kHz，1 MHz和10 MHz。


仿真结果中变参数数据与原始数据比较：在环路带宽内(频标m1～m3)，N的增加增大了相位噪声，Kd的增加减少了m2～m3处的相噪，而Ko的增加对带内的相噪影响不大；在环路带宽外，Ko的增加增大了m4～m6处的相噪，Kd和N的增加对相位噪声没什么影响(m4～m7处)；环路带宽fc增加一倍，则增加了m4～m7的相噪，而fc减少一倍，则减少了m4～m6处的相噪。



2 锁相环频合器锁定时间的分析

锁定时间与环路带宽成反比，带宽越大，锁定时间越短，系统跟踪性能越好。分析锁定时间，首先要得出环路滤波器的传递函数。对于图2中电荷泵三阶无源环路滤波器，其传递函数形式为：