频率合成技术

    随着雷达、电子侦察与对抗、通信等领域技术的发展，对频率源提出了越来越高的要求，主要表现在高频率、低相噪、低杂散、小步进、宽频带、小体积等方面。频率合成技术作为系统实现高性能指标的关键技术之一，包括四种合成方式：直接模拟式频率合成、锁相频率合成(PLL)、直接数字式频率合成(DDS)和混合式频率合成(DDS+PLL)

1 指标要求与方案分析
    具体指标如下：
    频率范围：9．87～10．47 GHz
    频率步进：30 MHz
    相位噪声：≤-93 dBc／Hz@1kHz
    杂散抑制：≤-60 dBc
    跳频时间：≤50μs

    根据所列指标，如果采用直接模拟式虽然相噪、杂散、跳频时间等指标得以保证，但由于所需设备量大，导致体积大、成本高。DDS+PLL合成方式包括DDS激励PLL的方式、DDS内插入PLL做分频器以及DDS与PLL混频的方式。DDS激励PLL做分频器的方式由于DDS最大输出频率不高，需要多次倍频从而恶化相噪，难以满足系统要求DDS与PLL环外混频的方式由于输出信号的带宽和杂散主要取决于DDS而难以满足系统要求，而DDS内插PLL作为分频器的方式得到的信号杂散较低，频率分辨率小且能做到较宽的频带，但是时钟频率较高的DDS价格昂贵。采用锁相环合成，杂散性能与相位噪声性能较好，可实现的工作频带宽，但频率切换速度较慢，跳频时间较长。由于系统并没有对频率切换速度提出过高要求，因此从价格方面考虑，我们采用锁相频率合成技术，基于低相噪锁相环芯片HMC704LP4设计该跳频源。其原理框图如图1所示。

    选用100MHz OCXO晶振作参考输入信号，采用Hittite公司的小数分频数字锁相环HMC704LP4产生9．87～10．47 GHz、频率间隔为30 MHz的信号。锁相环接收来自时序控制板的控制信号，通过对鉴相器的内部寄存器进行控制，产生所需频点。由于输出频率不能被30 MHz整除，如果选择整数模式则鉴相频率应为10 MHz，分频比N较大，噪声会以20 lgN恶化。因此我们采用小数分频模式，鉴相频率为100 MHz，提高了相噪性能，同时由于HMC704LP4采用Delta-sigma调制技术改善了分数杂散性能，使得输出信号的杂散满足要求。

    VCO选用Hittite公司的HMC512，频率范围为9．6～10．8 GHz，具有二分频、四分频输出，单边带相位噪声为-110 dBc／Hz@100kHz。高通滤波器采用Mini公司的LTCC高通滤波器HFCN-4600+。