尹兴 田建召 夏烨巍

摘要：伴随着毫米波技术在各个领域被越来越多的应用，其信号的产生成为一个技术热点。为满足宽带毫米波雷达对信号源的较高要求，本文阐述利用直接数字频率合成技术（DDS）、锁相环技术（PLL）和倍频技术设计的宽带毫米波线性调频信号源的实现。该毫米波调频信号源具有低相噪、高频率稳定度和可生产性高的特点，具有较高的工程实用价值和广泛的应用前景。实测结果表明：该线性调频源输出幅度大于+5dBm，相位噪声≤-95dB/Hz@10kHz。

关键词：线性调频；毫米波频段；锁相环PLL；直接数字频率合成技术DDS

引言

近年来伴随着毫米波技术在各个领域（如卫星、雷达、定位系统等）被越来越多的应用，高质量信号源的设计成为一个技术热点。尤其是线性调频信号源，在雷达系统中有着广泛的应用，且对整机性能起到关键作用。相对与传统的模拟方式，采用直接数字频率合成（DDS）方式虽然输出信号频率较低，但其具有频率分辨率高、转换速度快，体积小、可编程等优点，能够通过计算机控制，灵活产生不同参数的波形，很好的满足系统对多种复杂形式信号的要求，并具有极佳的线性度和准确度；生产过程中的一致性也容易保证。因此现代雷系统中复杂调制信号的产生往往是利用DDS技术在较低频率产生中频信号，然后通过变频方式将其搬移至更高的所需频率[1]。

本文给出了用DDS+PLL+倍频技术结合产生毫米波线性调频信号的实现方案，具备高线性度、低相位噪声和高可靠、易实现模块化的特点。系统要求输出相位噪声≤-95dBc/Hz@10kHz，杂散抑制≥70dB条件下，实现200MHz调频带宽。

1.设计方案

本方案要求输出线性调频毫米波线性调频源中心频率34.24GHz，输出相位噪声优于-95dBc/Hz@10kHz，设计方案框图如图1所示。工作频率100MHz的恒温控制晶体振荡器OCXO通过时钟分路器为频率源系统中的L频段锁相环和X频段锁相环提供参考信号。L波段锁相环的作用是产生1GHz 单音信号，作为DDS的参考时钟信号，选用型号为LMX2595，芯片内部集成VCO及整数分频器。DDS芯片选用AD9910直接数字频率合成器，输出140MHz标准中频线性调频信号，带宽12.5MHz。中频LFM信号需要先后经过四倍频和中频带通滤波，最终与X频段锁相环输出的点频信号混频。为实现低相噪输出，X频PLL选用噪声底极低的集成锁相环芯片LMX2615，输出8000MHz本振信号。两路信号通过混频，滤波和四倍频，得到34.24GHz的毫米波调频信号，如图1所示：

2.关键电路分析与综合

2.1晶振减振系统设计

设备工作时，会受到来自地面的振动，还会受到水平方向的冲击波，两者的受力方向相互垂直。当振动、冲击影响达到一定程度后，会引起晶振输出的信号频率偏移，从而影响整机的工作指标[2]。

隔振系统要保护晶振不因环境的振动、冲击而损坏，而且要在振动冲击环境下，电气性能的变化在允许的范围内。减振系统垂直放置，浮动安装，先将晶振固定在一个框架上，框架四角用了四个截锥螺旋弹簧（硬弹簧系统）。当垂直方向的作用力比较小时，弹簧刚度比线性弹簧小，当垂直方向作用力比较大时，弹簧刚度比线性弹簧大。由于它的阻尼非常小，又在垂直方向加了一个阻尼装置。四个弹簧承受重力，和阻尼装置共同承担来自垂直方向振动激励，达到减振目的。在水平方向，加了两个具有减振缓冲作用的软体材料，从底部和上盖两个方向把晶振夹在中间，水平方向的减振缓冲装置就起作用了[3]，如图2所示。

晶振隔振缓冲系统已在实际的工程中得到应用，经多次的实际工作证明，晶振隔振缓冲系统完全满足使用要求，由振动、冲击引起的输出信号频率偏移可忽略不计。

2.2 1GHz时钟和DDS设计

1GHz采样时钟选用单片LMX2595实现，此宽带射频合成器将PLL设计所需的鉴相器和VCO等集成在了芯片内部，设计中只需要在器件外部电路构建合适的环路滤波器。通过优化环路带宽，可得相位噪声-132.5dBc/Hz@10kHz，仿真结构如图3所示：

參考文献

[1]王文才，陈昌明，黄刚.PLL驱动DDS的低相噪小步进LFM信号源设计[J].2015.4月.第38卷

[2]陈亚良，李东来，徐金荣. 晶体振荡器隔振系统理论研究[ J ]电子机械工程.2005（5）：26-29

[3]霍治生，郭欣茹.一种高稳定度晶振的隔振缓冲结构设计.电子机械工程.2006.5月.第22卷

[4]梁木生，唐小宏，李金艳.Ka波段微带四倍频器研制.电子科技大学学报.2008.6月.第37卷

[5]王抗旱.宽带毫米波四倍频器.半导体技术2012.3月.第37卷

作者简介：尹兴（1983-），男，中国电子科技集团公司第54研究所，工程师，从事射频电路研究和设计。

田建召（1979-），男，中国电子科技集团公司电子科学研究院，高级工程师，从事射频电路及复杂系统研究。

夏烨巍（1985-）男，中国电子科技集团公司第54研究所，工程师，从事射频电路研究和设计。

（作者单位：1.中国电子科技集团公司第54研究所；2.中国电子科技集团公司电子科学研究院）