C波段小頻差頻率綜合器的研究

李鵬　吳代龍

摘 要：在現(xiàn)有雷達(dá)以及通訊系統(tǒng)中，頻率綜合器是重要的構(gòu)成部分，目前重點(diǎn)在軍事國(guó)防領(lǐng)域應(yīng)用范圍較廣。本文以下主要對(duì)C波段小頻差頻率綜合器進(jìn)行研究，要求本振信號(hào)基本形式為點(diǎn)頻連續(xù)波，激勵(lì)信號(hào)是脈沖線性調(diào)頻信號(hào)，需要確保頻率綜合器能在多個(gè)雷達(dá)中進(jìn)行應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：頻率合成；C波段；小頻差頻率綜合器

頻率合成理論最早是在30年代中期提出的，頻率綜合器早起形式是可控晶體振蕩器，在手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)上能夠?qū)w振蕩器進(jìn)行控制，產(chǎn)生多個(gè)頻率。此類頻率綜合器穩(wěn)定度以及頻率進(jìn)度是由晶體準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性來(lái)確立的。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，此類合成方法逐步被非相干頻率合成方法所替代，通過(guò)應(yīng)用多個(gè)晶體振蕩器產(chǎn)生的所需頻點(diǎn)。電子技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)頻率精度提出了更多更高的要求，為了更好地滿足技術(shù)發(fā)展需求，需要對(duì)頻率合成技術(shù)從實(shí)踐中進(jìn)行深入探究。

一、頻率綜合器基本概述

在通訊以及雷達(dá)等電子系統(tǒng)中頻率綜合器是重要的組成設(shè)備，當(dāng)前諸多現(xiàn)代化電子設(shè)備以及系統(tǒng)功能的有效展示都需要發(fā)揮出頻率綜合器的應(yīng)用性能，所以現(xiàn)階段將頻率綜合器當(dāng)作諸多電子系統(tǒng)的核心器件。目前頻率源的主要分類有合成頻率源以及自激振蕩源。自激振蕩源屬于較為簡(jiǎn)單的頻率源，常見(jiàn)的自激振蕩源主要有腔體振蕩器、介質(zhì)振蕩器、晶體振蕩器、壓控振蕩器等。隨著電子科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展，對(duì)頻率源穩(wěn)定性提出了更多要求。自激振蕩源逐步被頻率合成技術(shù)所取代。在頻率合成過(guò)程中應(yīng)用的電子裝置稱之為頻率綜合器。在雷達(dá)應(yīng)用系統(tǒng)中，頻率綜合器應(yīng)用功能主要是為系統(tǒng)發(fā)射多項(xiàng)激勵(lì)信號(hào)，屬于系統(tǒng)信號(hào)的源頭，其自身應(yīng)用對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用性能影響較大。

二、頻率綜合器主要技術(shù)指標(biāo)分析

目前設(shè)備不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)技術(shù)指標(biāo)產(chǎn)生了較大影響，當(dāng)前頻率綜合器主要技術(shù)指標(biāo)有以下部分構(gòu)成。首先是頻譜純度，頻譜純度就是頻率合成信號(hào)輸出頻譜偏離弦波譜的量度。目前對(duì)信號(hào)頻率譜純度影響要素較多，主要有雜散干擾以及相位噪聲。雜散是對(duì)頻率綜合器進(jìn)行檢測(cè)的有效指標(biāo)，在頻率合成過(guò)程中產(chǎn)生的多余的、未能得到充分抑制的頻率分量就是雜散。當(dāng)前雜散傳播的基本途徑較多，外部干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)之后，在頻率合成過(guò)程中被會(huì)產(chǎn)生幾聲信號(hào)。頻率合成階段雜散產(chǎn)生是不可避免的，根據(jù)頻率合成方式的差異，雜散產(chǎn)生量也不同，雜散較大對(duì)信號(hào)純度以及頻率綜合器應(yīng)用性能會(huì)產(chǎn)生較大影響。所以目前頻率合成過(guò)程中雜散越小越好。通過(guò)對(duì)混頻比進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)濾波器以及電磁兼容對(duì)雜散進(jìn)行有效控制。頻率短期穩(wěn)定度就是在隨機(jī)噪聲影響下導(dǎo)致頻率源產(chǎn)生相位振動(dòng)情況，相位噪聲就是頻率的穩(wěn)定值。雷達(dá)頻率綜合期正常情況下都是在微波頻率中進(jìn)行工作，針對(duì)短期穩(wěn)定度能夠通過(guò)時(shí)域進(jìn)行標(biāo)識(shí)，就是一段時(shí)間內(nèi)頻率變化量的相對(duì)值?？梢酝ㄟ^(guò)頻域進(jìn)行描述，是相位噪聲功率譜密度。相位噪聲大小值與輸出頻率之間聯(lián)系較為密切。

合成頻率源輸出頻率與振蕩器之間存在差異，頻率不是呈現(xiàn)出連續(xù)性變化，在某段頻率間隔跳變，頻率源基本范圍是由多個(gè)頻率點(diǎn)所構(gòu)成。相鄰信號(hào)之間的頻率差值是最小頻率步進(jìn)。隨著頻率綜合器實(shí)際用途的差異對(duì)頻率分辨率要求具有一定差異。頻率基本轉(zhuǎn)換時(shí)間就是跳頻時(shí)間，就是當(dāng)頻率源接收到相關(guān)指令之后，頻率基本轉(zhuǎn)換時(shí)間，在這個(gè)過(guò)程中將時(shí)間控制的越短越好。

三、C波段小頻差頻率綜合器的設(shè)計(jì)探析

本文研究的C波段小頻差頻率綜合器輸出頻率是C波段，信號(hào)形式是接收本振信號(hào)以及發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)對(duì)本振信號(hào)的抑制在≥70dB，雜散≤-70dB，跳頻點(diǎn)數(shù)在50個(gè)。目前合成頻率源的主要途徑有直接式和間接式，各個(gè)途徑又能分為模擬式與數(shù)字式。直接式頻率綜合器在相位噪聲以及頻率跳變過(guò)程中應(yīng)用價(jià)值較高，間接式頻率綜合器自身體積較小，電路布設(shè)較為簡(jiǎn)單，能夠有效抑制雜散能力。在對(duì)C波段小頻差頻率綜合器進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意相關(guān)問(wèn)題。本文為了降低頻率綜合器受到雷達(dá)站的干擾性，更好地適應(yīng)雷達(dá)組網(wǎng)基本需求，需要對(duì)雷電之間的頻率點(diǎn)進(jìn)行控制。在實(shí)際工作運(yùn)行過(guò)程中，雷達(dá)之間會(huì)出現(xiàn)一定頻差，實(shí)際工作頻率也存有一定差。C波段小頻差頻率綜合器中的小頻差就是雷達(dá)之間對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)最小值比C波段工作頻率要低，實(shí)際頻差需要控制在幾兆赫茲范圍內(nèi)。

根據(jù)頻率綜合器各項(xiàng)指標(biāo)要求，在整體方案設(shè)計(jì)過(guò)程中可以選取直接式頻率合成以及間接式頻率合成方式。在合成過(guò)程中，需要確立頻標(biāo)，這樣有助于控制合成。為了確保頻率合成難度有效降低，在低頻段產(chǎn)生復(fù)雜信號(hào)，經(jīng)過(guò)混頻之后再到達(dá)C波段。在滿足電氣指標(biāo)各項(xiàng)要求基礎(chǔ)上，對(duì)生產(chǎn)成本進(jìn)行控制，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

在設(shè)計(jì)方案中主要由幾個(gè)部分構(gòu)成，分別是頻率模塊、頻標(biāo)產(chǎn)生模塊、射頻產(chǎn)生模塊、電源交換模塊。在參考頻率模塊中，對(duì)參考信號(hào)產(chǎn)生單元中的信號(hào)進(jìn)行隔離放大，在輸出基本模塊中建立多個(gè)信號(hào)產(chǎn)生單元，能夠輸出給頻標(biāo)產(chǎn)生模塊。頻標(biāo)產(chǎn)生模塊在相關(guān)模塊影響下會(huì)分為兩路，分別是產(chǎn)生中頻信號(hào)以及內(nèi)部本振信號(hào)燈。這兩路信號(hào)通過(guò)上變頻之后產(chǎn)生C波段頻標(biāo)信號(hào)之后進(jìn)行輸出，能夠送給射頻產(chǎn)生模塊。視頻模塊基本應(yīng)用價(jià)值就是通過(guò)濾波、放大、混頻等能夠有效消除多余信號(hào)，確保信號(hào)放大過(guò)程中能夠滿足功率電平輸出。對(duì)C波段小頻差頻率綜合器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，還需要對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與研制基本要求之間進(jìn)行對(duì)比分析，目前主要技術(shù)指標(biāo)有相位噪聲、雜散調(diào)控、跳頻時(shí)間等。對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)造成影響的器件較多，主要有晶體振蕩器、分頻器、鎖相環(huán)、隔離放大器、開(kāi)關(guān)濾波組件等，對(duì)此類器件進(jìn)選用對(duì)設(shè)計(jì)影響較為重要[6]。

結(jié)語(yǔ)：

綜合上述，當(dāng)前C波段小頻差頻率綜合器設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)展開(kāi)測(cè)試，確保滿足系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)要求，并且對(duì)其一段時(shí)間運(yùn)行情況進(jìn)行分析，確保其具備良好的運(yùn)行性能。在設(shè)計(jì)探究過(guò)程中需要對(duì)主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)、重點(diǎn)器件等進(jìn)行分析，確保設(shè)計(jì)性能的有效提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮焱，羅陽(yáng)，陳貴燦等.具有穩(wěn)定環(huán)路帶寬功能的多模分?jǐn)?shù)頻率綜合器[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，40（5）：119-123，193.