文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2015.10.007
中文引用格式： 吳志毅，羅凌. 基于AD9914寬帶線性調頻源的設計及實現[J].電子技術應用，2015，41(10)：30-33.
英文引用格式： Wu Zhiyi，Luo Ling. Design and realization of a broadband microwave frequency source[J].Application of Electronic Technique，2015，41(10)：30-33.
0 引言
在現代雷達系統中，對雷達工作頻率、頻率穩(wěn)定度和頻帶寬度都有很高的要求[1]。因此，雷達為了獲得較高的分辨率以激勵出目標細節(jié)特征，雷達微波源的發(fā)射信號必須具有較大瞬時帶寬。
1 方案選擇
目前產生較大瞬時帶寬的雷達微波中頻源發(fā)射信號主要有四種方式[2]，分別為DDS拼接方式、正交調制方式、多本振混頻拼接方式、高參考時鐘的DDS產生方式。其中DDS是目前數字產生線性調頻信號的主要方式。DDS 參考時鐘頻率高低與D/A 轉換器的位數決定了 DDS 產生信號的雜散及最高輸出頻率。
在實際應用中往往是綜合使用，而最常用的是正交調制方式和多本振拼接方式[3]。正交調制方式硬件電路簡潔、調試方便，但受正交調制器性能的影響，帶寬范圍有限。多本振拼接方式帶寬范圍靈活可變，但拼接處的相位差補償比較困難。
本方案采用高參考時鐘的 DDS產生寬帶微波線性調頻源的方式。DDS選用ADI公司生產的最高端的AD9914作為寬帶微波線性調頻信號的核心器件[4]。AD9914是高性能直接數字頻綜，內含12位的DAC，支持高達3.5 GS/s的采樣速率，輸出最高點頻可達1.5 GHz，寬帶雜散-50 dB，輸出頻率在1.396 GHz時，相位噪聲≤-128 dBc/Hz@1 kHz。AD9914采用先進的制造工藝，不用外部操作就可以降低功率損耗。用戶通過控制3個參數（頻率、相位和幅度）來控制DDS，DDS 32位累加器提供快速的頻率跳變和頻率轉換，它的分辨率為0.23 Hz，DDS還可以進行快速相位和幅度轉換。通過串行的輸入／輸出口編程內部的寄存器來控制AD9914，AD9914通過靜態(tài)的RAM來產生頻率、相位和幅度。為了獲得更多的調制功能，可以用高速的并行數據口控制頻率、幅度和相位的調制。AD9914有四種工作模式：單音頻模式、RAM模式、鋸齒波調制模式（DRG）、并行數據傳輸模式，模式相關的數據源提供控制DDS的參數，即頻率、相位、幅度，通過特殊的控制字來自動執(zhí)行頻率、相位、幅度的不同組合。
2 方案設計
寬頻帶微波中頻信號源的設計及實現框圖如圖1所示。
100 MHz晶振通過二功分器，一路100 MHz信號直接激勵諧波發(fā)生器，諧波發(fā)生器按100 MHz間隔輸出梳狀譜信號，通過3 200 MHz窄帶濾波器濾波、放大、濾波輸出3 200 MHz、0 dBm的射頻信號到AD9914的系統時鐘輸入端。另一路100 MHz信號加到FPGA的時鐘輸入端，FPGA在外部計算機控制下，輸出相應的SPI數據和控制時序到AD9914數據輸入端和時序控制端，AD9914在FPGA控制下產生各種相應的寬帶微波線性調頻信號。FPGA并口控制時序電路內部設計如圖2所示，FPGA并口控制時序仿真如圖3所示。
實際工作中，電源的好壞和腔體的設計直接關系到輸出信號頻譜純度。因此電路設計中為減少輸出信號的雜散，提高輸出信號的相位噪聲指標，對諧波發(fā)生器、FPGA和AD9914的電源采用兩個獨立的開關電源進行分配，在器件近端根據不同的電源品種采用獨立的低壓差、高噪聲抑制的可調線性穩(wěn)壓電源進行獨立供電，在電源濾波回路上串接磁珠或電感來提高電源噪聲隔離，AD9914模擬電源與數字電源進行隔離。對3 200 MHz的窄帶濾波器采用回流焊工藝將濾波器外殼直接焊接到印制板上，以提高對100 MHz諧波信號的抑制。電源及微波部分與數字控制部分采用分腔設計。AD9914寬帶微波線性調頻信號源的實物如圖4所示。
3 測試結果
3.1 帶寬
AD9914在輸入3 200 MHz系統時鐘，通過輸入不同的控制指令，分別輸出帶寬為500 MHz、1 000 MHz寬帶微波中頻線性調頻信號如圖5、圖6所示。從實際信號頻譜上可以看出，AD9914輸出500 MHz寬帶微波中頻線性調頻信號幅度起伏小于1 dB，輸出1 000 MHz寬帶微波中頻線性調頻信號幅度起伏小于2.2 dB，AD9914產生寬帶微波中頻線性調頻信號調制斜率指標優(yōu)于采用帶寬拼接方式，雜散指標優(yōu)于正交調制+混頻等方式產生的寬帶微波中頻線性調頻信號10 dB以上。
3.2 相位噪聲與雜散
由頻譜儀測試500 MHz帶寬相位噪聲與雜散如圖7、圖8所示。相噪指標達109.029 dB，雜散指標為58.63 dB。
由頻譜儀測試1 000 MHz帶寬相位噪聲與雜散如圖9、圖10所示。實測相噪指標達104.172 dB，雜散指標為51.21 dB。
3.3 寬帶線性調頻
對中心頻率750 MHz、調頻帶寬500 MHz寬帶線性調頻信號在SPAN 2 GHz、SPAN 2 kHz調制信號頻譜如圖11、圖12所示。
3.4 組合線性調頻信號
對應中心頻率500 MHz、調頻帶寬16 MHz組合線性調頻信號在SPAN 500 MHz、SPAN 100 MHz調制信號頻譜如圖13、圖14所示。
對中心頻率600 MHz、調頻帶寬1 000 MHz寬帶線性調頻信號在SPAN 2 GHz、SPAN 2 kHz調制信號頻譜如圖15、圖16所示。
4 結束語
本文介紹了基于AD9914產生寬帶微波中頻線性調頻信號的設計方法，通過對實物的測試和技術評估，產生的寬帶微波中頻線性調頻信號指標優(yōu)于傳統方式產生的線性調頻信號，對于雷達在相應波段的應用，具有通信導航靈活、方便，發(fā)展應用前景廣闊。
參考文獻
[1] 費元春，蘇廣川.寬帶雷達信號產生技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002.
[2] 祝明波，常文革.采用數字方法實現寬帶線性調頻信號
產生[J].系統工程與電子技術，2000，22(5)：93-96.
[3] 吳志毅.射頻電路設計技術基礎[M].成都：西南交通大學出版社，2014.
[4] ADI.1.6 GHz Clock Distribution IC.Dividers，Delay Adjust，Three Outputs.2005.