摘要：文中介绍了一种用于雷达信号模拟器的P波段小步进频率合成器的研制，该频率源主要功能是模拟产生宽频带、多体制、高密度和动态可控的雷达信号环境。
关键词：频率源；调相(液位计、物位计、物位变送器、液位变送器、电容式物位计、电容式液位计、电容式物位变送器、电容式液位变送器、物位开关、液位开关、电容液位计、电容物位计、液位仪表、物位仪表、电容液位变送器、电容物位变送器、射频电容式液位开关、射频电容式物位开关、电容式液位开关、电容式物位开关、音叉式液位开关)
开环为了适应现代电子战的要求，就需要产生一个与现代战场实际环境相类似的宽频带、多体制、高密度和动态可控的雷达信号环境，从而模拟现代战中的复杂电磁环境。该雷达信号环境模拟器频率合成器可以提供一个复杂、真实的雷达信号。并与其他电子系统配合可以形成综合电磁威胁环境。
1 P波段小步进频率合成器的设计1.1 主要功能及技术指标（1）主要功能◇具有正常工作模式和直接VCO模式。
模拟器设有功能切换，能够使模拟器从正常的闭环状态切换到直接VCO状态下，使模拟器处于开环工作条件下的工作模式，在此工作模式下，模拟器能够使频率捷变时间大大缩短，小于2μs,并保持频率分辨率为0.5MHz.
◇具有频率捷变功能，频率转换时间非常短，在10μs左右。
通过外加频率控制字，能够使信号在两频率点来回跳变，频率转换时间在闭环状态下为10μs左右，在开环状态下，时间小于2μs.
◇能实现正弦波和三角波调频，调频范围从100Hz到1MHz.
在闭环工作状态下，正弦波时，调制信号的频率范围为0.1~1MHz,调频带宽大于100MHz;三角波调频时，调制信号的频率范围为200~500Hz,调频带宽大干100MHz.
◇能实现BPSK、QPSK数字相位调制。
在闭环工作状态下模拟器具有BPSK、QPSK数字相位调制功能，调制信号的码速范围为100Hz~10MHz,调相精度达到±1°。
◇频率分辨率为0.5MHz.
◇设有工作状态和故障显示。
在外接的信号控制接口提供有一输出信号指示，在正常工作状态下为低电平，当处于开环状态或失锁状态时，信号变为高电平，用于提供工作状态和故障指示。
（2）主要技术指标本系统的主要技术指标如下：
◇频率范围：0.5~1GHz◇频率转换时间：
正常工作模式下：≤10μs直接VCO模式下：≤2μs通过对VCO预置电压使锁相电压更快的进入锁相环的快捕带，从而缩短跳频时间。
◇置频步长（或频率分辨率）：
正常工作模式下：≤0.5MHz直接VCO模式下：≤1%的波段中心频率◇频率稳定度：
正常工作模式下，优于1×10-7/日直接VCO模式下，优于1×10-5/日◇相为噪声：≤-80dBc/Hz@10kHz◇谐波电平抑制：优于-30dBc◇输出功率≥10dBm◇调频功能，具备三角波、正弦波调频，正弦波调频：调制频率范同：0.1~1MHz调频带宽>100MHz三角波调频：调制频率范围：200~500Hz调频带宽>100MHz1.2 工程方案设计由于雷达信号环境模拟器频率综合器的技术指标要求很高，为达到低相噪、低杂散、高的频率分辨率、短的频率转换时间的目标，在方案设计中采用由PE3336组成粗步进的主锁相环结合小步进的DDS的全数字化频率合成方案，实现了频率的捷变。中、大规模集成电路的应用使设备量大大减少，同时可靠性却大大提高，体积也非常灵巧。为实现调频功能，PE3336的主锁相环的环路带宽设计成可控的两种环路带宽；为提高频率转换时间，还采取了对VCO先进行预制的措施，使VCO振荡在所需信号的频率附近，对VCO的预制采用数字的方式，并在VCO的控制电压输入前设置了开关以使环路能工作在开环状态，使整个频率综合器工作在直接VCO模式下；整个系统采用一个外部100MHz的参考时钟，系统中所需的其它时钟都由它来产生，外部的参考时钟采用具有恒温装置的高精度晶体振荡器，保证了整个系统的置频精度和频率稳定度。
在本频率综合器中我们采用最新技术的频率合成方法。其中DDS的时钟频率由以前的50MHz提高到现在的1GHz,跳频时间小到几毫秒量级，频率分辨率小于0.1Hz.
在倍频电路、分频电路、混频电路、放大电路及滤波电路中采用先进成熟的设计方法及思路，并辅助于最新的电路设计软件一使产品达到低杂散、低相噪、低功耗、高稳定。
系统原理图如图1所示。
2 功能模块设计2.1 DDS模块设计在系统中，为实现0.5MHz的频率分辨率，采用了DDS技术，PE3336的主环的工作频率步进为10MHz,DDS部分的频率步进为0.5MHz,二者结合，实现了宽的频段覆盖和高的频率分辨率。在系统中采用DDS产生180~190MHz的信号，频率步进为0.5MHz.DDS的基本原理是通过信号的相位函数来产生信号，本身一个正弦信号可以表示成S(t)=cos(2πft+θ0) (1)
其相位函数：
θ(t)=2πft+θ0
显然θ(t)是关于时间t的线性函数，并可得到频率表达式：
△θ为相位增量，TC为固定时间间隔，则以固定时间间隔TC相位增量△θ产生的正弦信号为
改变相位增量，通过相位的累加，就可以产生出所需频率的信号，具体的方案是将相位量化并存储起来。如采用N位字长的寄存器来存储，即是[0,2π]的相位TC间进行N位字长的线性量化，也即在数字i和正弦相位θ（i）之间建立如下的一一映射关系：
如在系统中采用1000MHz的时钟，需产生的最小正弦信号的频率为0.5MHz,因此，需11位字长的量化就够了。完成了相位量化，再建立起数字相位到数字正弦幅度的映射，然后将数字幅度变成模拟波彤，就能直接输出正弦信号了。
2.2 锁相模块设计这部分是整个频率综合器的核心，它以10MHz为频率步进产生我们所需的射频信号，并在环路内实现了调频，频率捷变直接VCO等功能。
QPE3336集成了VCO分频，参考分频和鉴相等功能，它的VCO输入信号频率的典型值可达3GHz,它具有高的鉴相增益，Kφ=0.403V/Rad,低的相噪基底，可达-150dBc/Hz@20kHz,宽的动态范围等特点。它的控制接口采用16位并行总线，均为TTL/CMOS电平，并设有失锁指示，44脚PLCC封装，体积小，是理想的数字锁相环芯片。
PE3336的控制接口包括了4位参考分频值输入R0~R3,12位VCO分频值输入，其中M0~M3,为分频值个位输入，A0~A6,为分频值十位输入，PREEN是控制VCO的分频值是否超过128.
PE3336用于PLL频率综合器的系统框图如图2所示。
用PE3336芯片组成的频率合成器还应包括低通滤波器、压控振荡器等。如图（2）所示，简单介绍如下：
（1）低通滤波器低通滤波器采用有源滤波器，为防止鉴相泄漏，加上了预滤波器，如图3所示。
根据PLL理论可知，R1、R2、C、Cc与环路带宽ωn,环路阻尼因子号，VCO的压控灵敏度KVCO,鉴相增益Kφ，及分频比N的关系有：
环路带宽ωn的选取要综合考虑环路的相位噪声，频率转换时间和运算放大器的工作带宽。在此，我们ωn=300kHz,阻尼因子号取在1~2之间，取定这些参数则有源滤波器的元件参数就可以确定了。
（2）调频工作原理在PE3336主锁相环内进行调频的工作原理如图4所示。频率调制是由调制信号电压UΩ加在压控振荡器的控制端，利用载波跟踪环而实现的。
由锁相环理论可以知道，为实现线性调频必须使环路等效低通滤波器带宽小于最低调制频率Ωmin,在本系统中调制信号最低频率为200Hz,因此需将原300KHz的环路带宽降到100Hz以下。故采用了一个选择开关，当不调频时环路带宽为300kHz,当选择调频时环路带宽变为100Hz.
3 实验结果通过对频率源的测试得出如下结论：
频率范围：0.5~1GHz频率转换时间：
正常工作模式下：6~10μs直接VCO模式下：≤2μs置频步长（或频率分辨率）：
正常工作模式下：在频率范围内大步进为10MHz~500MHz,小步进为0.5MHz.
直接VCO模式下：≤1%的波段中心频率频率稳定度：
正常工作模式下，优于1×10-7/日直接VCO模式下，优于1×10-5/日相位噪声： -85dBc/Hz@10KHz~-80dBc/Hz@10kHz谐波电平抑制：优于-25dBc~30dBc输出功率：10~11dBm调频功能：具备三角波、正弦波调频，正弦波调频：调制频率范围：0.1~1MHz调频带宽>100MHz三角波调频：调制频率范围：200~500Hz调频带宽>100MHz通过具体测量得出试验数据能满足设计要求有些指标优于设计参数。
4 结束语现代雷达频率综合器是一门复杂的电子电路技术。技术难度大，因此对设计人员的设计思路、设计基础有较高的要求。国内雷达整机单位均在研制雷达频率综合器。但大多数是采用直接式频率和成方案。而间接式频率综合器也有其自身的优势，从体积、成本等方面还有潜力可挖。因受到器件及设计思路的和结构方面的原因，国内的频率综合器与国外的相比还有一定差距。为此我们还要进行，更细致、深入的研究，力争赶超国际先进水平。
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