雷达频率综合器两种合成形式的探索

雷达频率综合器两种合成形式的探索

刘会芳1    赵羽1   孙晓悦2

1陕西黄河集团有限公司  陕西西安  710000    2 西安邮电大学  陕西西安  710000

摘要：雷达频率综合器是雷达系统中重要的组成部分，其性能直接影响到雷达的性能。本文主要分析了雷达频率综合器的两种合成形式，并进行了理论分析和比较，从实际应用角度出发，详细分析了这两种合成形式各自的特点，同时指出了它们在使用上存在的问题。为了方便理解，本文以DDS方式为例，对其进行详细分析，并将其与PLL方式进行比较。最后给出了DDS和PLL两种合成形式的优缺点及应用领域。

关键词：雷达；频率综合器；两种形式表达；探索

在众多的新技术中，频率综合技术是一项相对新兴的技术。特别是频率综合方式和频率综合器的出现，更是充分发挥了其优点，特别是频率综合器在雷达方面的应用日益广泛。

1.雷达频率综合器

雷达频率综合器（RadarFrequencySynthesis,RFS）是一种将锁相环技术、线性调频技术、相位噪声技术、频率合成技术等结合在一起，以获得高质量的频率源的电子设备。它能够产生各种频率和带宽的信号，从而满足雷达系统的要求。由于RFS具有很多优点，被广泛应用于通信、雷达、电子对抗等领域，同时也是通信系统中最常用的电子设备之一。由于RFS工作频率范围很宽（从几GHz到几十GHz），其输出信号频率也随之变化，传统的线性调频技术和锁相环技术已经无法满足其需求。为此人们采用了新技术：直接数字频率合成（DDS）技术。DDS是利用数字化的方法对锁相环中的相位噪声和杂散进行改善，并使之达到更高的精度，使信号的质量大大提高。DDS是一种基于模拟数字混合系统结构的频率合成技术，它采用直接数字频率合成（DDS）方式。它是利用正弦波发生器产生正弦波，再通过数控振荡器（NCO）将其转化为方波信号，然后通过混频电路得到所需要的各种频率和带宽的信号。

2.DDS方式与PLL方式的比较

DDS方式和PLL方式合成频率的特点是：频率合成速度快，可实现多路频率合成器；相位噪声低，相噪水平高；输出信号频率、相位、幅度可调；输出信号频谱宽。两种合成方式的结构对比如下：DDS方式由三部分组成：鉴相器、压控振荡器和数模转换器。PLL方式由三部分组成：鉴相器、鉴频/鉴相单元、环路滤波器。DDS方式中的鉴相器、锁相环等结构比较复杂，所以在实际中应用的时候受到了限制。而PLL方式只有一个环路滤波器，所以对相位噪声要求不高，同时具有良好的抗杂散性能和频率调谐特性。由于DDS方式在频率转换时需要相位累加器和DAC等器件，因此其体积、功耗较大，在实际应用中受到了限制。而PLL方式具有体积小、功耗低等优点，同时具有较高的频率调谐特性和相位噪声。由于其输出信号频谱宽，所以在雷达、通信、广播等领域应用较广。由于DDS合成方式存在一定的缺陷，因此在实际应用中一般采用PLL合成方式。

3.DDS的工作原理

直接数字频率合成（DirectDigitalSynthesis,DDS）是利用相位累加器和数模转换器对数字信号进行处理，得到频率的一种频率合成器。它由直接数字频率合成技术（DDS）和高速数模转换器（DAC）两部分组成。其中，DDS是数字信号处理部分，它将数字信号经过乘法器和加法器产生所需的正弦波，然后经低通滤波器、分频器和倍频器后产生所需的频率信号，最后经过混频器将输出的信号与参考频率进行混频、滤波后送到压控振荡器中。而DAC则将混频后的信号通过低通滤波器、分频器和倍频器后得到所需的频率信号。这样就可以完成DDS与其他数字合成方式的功能。DDS的基本原理如图1所示。它由一个时钟脉冲信号产生正弦波，经低通滤波器、加法器、分频器和倍频器后产生所需的频率信号。在这里时钟脉冲信号产生的周期是由DDS中的时钟源产生的，而波形则是由DDS中的相位累加器和数模转换器产生。这两种电路都在D/A转换器内完成。

图一DDS的基本原理

4.DDS在应用中应注意的问题

（1）在系统设计中，应注意DDS器件的集成度，只有做到电路的集成度高，才能提高器件的可靠性。（2）DDS在电路设计中，应注意器件的选择。芯片在工作时，首先要满足性能指标要求，其次要保证工艺水平。其主要原因是由于DDS固有的频率选择性和可调节性决定的，它不能完全满足不同频段信号频率范围要求。目前较先进的DDS技术已达到10~20MHz，甚至更宽。而且DDS由于其自身固有特性，使其频率范围一般较宽。所以要根据应用场合来确定信号带宽，一般在10MHz以下时使用DDS方式；当信号频率高于10MHz时使用PLL方式。

5.两种合成方式的比较及应用领域

PLL方式和DDS方式各有优势，但两者在应用上也各有局限性，例如PLL方式的频率合成精度不高，而且其频率源本身的噪声也相对较大，在杂散抑制方面较差；而DDS方式的频率源虽然具有很高的杂散抑制，但其内部的噪声也很高。因此，在实际应用中应根据具体情况来决定采用哪种方式。由于PLL方式在应用中对外部环境要求较高，一般在复杂环境下使用较多。而DDS方式一般用于一些对环境要求不高的场合，如通讯领域等。所以这两种方式在实际应用中可以相互转换，这也是其应用领域得到扩展的一个原因。由于DDS合成频率具有较高的精度和很低的杂散抑制，因此它一般用于测量、雷达、通信等领域。而PLL合成频率具有很高的杂散抑制，而且其内部噪声很低，因此它一般用于一些要求低噪声和较高杂散抑制的领域。这两种合成方式由于其各自的优点而被广泛应用于多种领域中，例如在通讯领域中，由于PLL合成频率具有较高的杂散抑制、低噪声、高精度等优点而被广泛应用于卫星通讯、移动通讯和光纤通信等领域中；而DDS合成频率具有较低杂散抑制广泛应用于。

结束语：

综上所述，雷达频率综合器的合成方式主要有DDS和PLL两种，而这两种合成方式又分别有各自的优缺点。本文首先对雷达频率综合器的两种合成方式进行了理论分析，从实际应用角度出发，对这两种合成方式进行了比较。最后根据目前国内市场需求的特点，提出了将DDS方式和PLL方式相结合使用的设想。

参考文献：

[1]陈新,伍怀琪.雷达频率综合器两种合成形式的探讨[J].科技资讯,2018,16(17):77-78.

[2]柳亮霞.雷达频率综合器的模块化设计[J].兵工标准化,1998(05):12-14.

[3]高文英.雷达频率综合器两种合成形式的探讨[J].火控雷达技术,1993(01):6-12.