低相噪全相参毫米波频率合成源研究

低相噪全相参毫米波频率合成源研究 2012-07-19#############2012-07-19######2#0#12-07-19######## 低相噪全相参毫米波频率合成源研究 1 1 2徐锐敏 , 姚鸿飞 , 蔡竟业 ( )1. 电子科技大学 电子工程学院 ,四川 成都 610054; 2. 电子科技大学 通信与信息工程学院 ,四川 成都 610054 摘要 :研制出一种小步进全相参毫米波频率合成源 . 本振部分 ,对直接数字式合成频率 、参考分频比和环路分频比 进行三重调节 ,抑制了直接数字频率合成的杂散 ,提高了频率分辨率 ;发射部分 ,采用二次混频电路 ,避免了调谐电 压预置 ,简化了电路 ,并保证了发射信号和本振信号相参 . 该系统输出在 K频段 ,带宽 400MH z,步进 < 1MH z. 测试 a 相噪 < - 90dB c /H z@ 10kH z、- 97dB c /H z@ 100 kH z,杂散为 - 60dB c,跳频时间 < 15u s. 关 键 词 :毫米波 ;频率合成源 ;相参 中图分类号 : TN52. 7 文献标识码 : A RESEARCH O N MM 2W AVE FREQUENCY SY NTHES IZER W ITH LOW PHASE NO ISE AND FULL 2PHASE2CO HERENCE 1 1 2XU R u i2M in, YAO Hong2Fe i, CA I J ing2Ye ( 1. Schoo l of E lec tron ic Enginee ring, U n ive rsity of E lec tron ic Sc ience and Techno logy, Chengdu 610054 , Ch ina; 2. Schoo l of Comm un ica tion and Info rm a tion Enginee ring, U n ive rsity of E lec tron ic Sc ience )and Techno logy, Chengdu 610054 , Ch ina ( A b stra c t: A mm 2wave frequency syn the size r w ith sm a ll step and fu ll2p ha se2cohe rence wa s deve lop ed. Fo r LO loca l o sc illa2 ) ( ) ( ) to rsec tion, DD S d irec t d igita l frequency syn the sisfrequency, refe rence d ivide r and PLL p ha se locked loop d ivide r a re trip le tuned, so tha t sp u riou s componen ts from DD S a re supp re ssed and the frequency re so lu tion is enhanced; Fo r tran sm itte r ( ) TR sec tion, tw ice frequency2m ixing is u sed, so the p re se tting of tun ing vo ltage is avo ided, the c ircu its a re simp lifed, and the p ha se cohe rence be tween TR and LO signa ls is en su red. The deve lop ed syn the size r w ith channe l step be low 1MH z a2 ch ieve s low sp u riou s leve l of 260dB c, p ha se no ise of 290 dB c /H z@ 10 kH z、297 dB c /H z@ 100kH z and sw itch ing tim e of 15u s. The ou tp u t frequency is w ith in Ka band. Key word s: mm 2wave; frequency syn the size r; p ha se cohe ren t 跳频时间 ?300 u s. 引言 国内毫米波频率源的研制也取得了一定进展 , 毫米波频率源是毫米波系统的关键部分 ,一般 但是性能仍待进一步提升 . 2005年 ,文献 [ 2 ]给出的 要求频率源具有低相噪 、低杂散等特性 . 为了改善雷 单路输出的毫米波频综输出频率 29. 2 ,2917 GH z, 达在强杂波背景下的动目标显示能力 ,要求频率源 步进 10MH z, 跳 频 时 间 < 10 u s, 相 噪 - 84 dB c @ 具有全相参特性 ,同时为对抗有源干扰 ,还要求其具 1 kH z. 关于全相参毫米波频综的报道却较少. 1 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 原理 有快速跳频能力. 研制优质的毫米波频率源已成为 改进毫米波雷达系统性能的关键任务之一. 考虑直接式频率合成 、锁相频率合成和 DD S各 国外毫米波频率源研究起步较早 ,现在向更高 自优点 ,将 3 种频率合成方式结合起来设计 . 频率和单片集成化方向发展. 文献 [ 1 ]给出的毫米 1. 1 DD S杂散的抑制 波频率源将含有 2倍频和 16分频电路的 VCO 单片 DD S输出信号的杂散一般分为相位截断杂散 、 (率 - 12 , - 16 dBm , 相噪为 - 79. 5 dB c /H z@ 1MH z, 幅度量化杂散和 DAC D igita l to A na log Conve rsion, 与商用 PLL IC 相结合 ,输出频率 36 ,45. 5 GH z,功 2012-07-19#############2012-07-19######2#0#12-07-19######## 图 1 系统本振相位噪声模型 F ig. 1 Pha se no ise mode l of loca l o sc illa to r in system )数模转换 非线性杂散 . 当主要考虑后者时 ,期望该 杂散能被锁相环路滤除 ,要求 ()[L ?f-B, 设 > N ?B f] µ dd s L L clock [ 4 ]L = 1, 2, 3, ??, ( ). 1 ( )当连续改变 DD S频率时 ,式 1 转化为 f+ N B f- N B cl ock Lcl ock L< f< f< . ddsm in ddsm axL L - 1 ()( )2 B为环路带宽 L 设计 DD S近端杂散主要为 DD S相位截断杂散 和幅度量化杂散. 选用器件 AD 9956 ,输出信号杂散 转化到毫米波信号上为 () () - 89 + 20 log N / R + 20 log M = - 68. 1 dB c 4 1. 2 系统的相位噪声 系统发射信号载波远端相噪由第 2 只 VCO 决 定 ,其近端相噪基于本振信号相噪 ,合理选择环路二 分频比 ,使得环路二引入的相噪远小于本振信号的 [ 5 ] 相噪. 因此仅考虑本振信号相噪 . 1. 其建立起本振环路的相位噪声模型如图 ΦΦΦ中 ,为基准振荡器的相位噪声 ,、分别 R , nD R , n DN , n ΦΦ为分频器 R和 N引入的相位噪声 ,、为 11M , U , n M I, n 系统中 , DD S跳频时间在 n s量级 ,主要考虑环 倍频器及混频器引入的相位噪声 , V、V分别为 PD , n F, n路锁定时间 . 系统中 ,频率改变后 ,发射环路随着本 鉴相器和环路滤波器引入的噪声电压 ,其他类似. 由 振环路的锁定而锁定. 取发射环路带宽足够大 ,系统 于上述各种噪声是统计独立的 ,并且强度均比较弱 , 跳频时间接近本振环路的锁定时间 . 应用叠加原理 ,可得输出相位噪声功率谱密度. ( ) SfV 2 2 2 1 F, n ( π) ( ) () ( ) N | H j2f| SfM M + Sf+ 1 < r, n 123 M R, n ( )( ) ( )+ Sf + Sf+ Sf2 d, n 2