微波频率合成技术-上ppt课件.ppt

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1、2008年微波技术新进展微波频率合成技术（上）频率合成是指以一个或多个参考频率源为基准，在某一频段内，综合产生并输出多个工作频率点的过程。基于此原理制成的频率源为频率合成器，简称频综——FrequencySynthesizer频率合成的概念电子系统的心脏决定电子系统性能的关键设备随着现代战争电子系统地位的与日俱升，现代雷达、通信、制导武器和电子对抗等系统对频率合成器提出了越来越高的要求世界各国都非常重视频率合成器的发展，低相位噪声、高速捷变频率合成器发展迅速，系列化产品不断涌现，并得到广泛应用频率合成器的地位频率合成技术起源于二十世纪30年代早期的频率合成

2、器直接由许多晶体振荡器产生后来，非相干合成法以少量的晶体产生许多频率。与早期的合成方式相比，成本降低了，而稳定性提高了相干合成法是由一个参考源产生许多频率的方法，输出频率的稳定度和准确度与参考源相同（相对值）频率合成技术的发展直接频率合成DirectfrequencySynthesis——DS锁相频率合成——锁相环Phase-LockedLoop——PLL直接数字频率合成DirectDigitalfrequencySynthesis——DDS混合式频率合成频率合成技术的分类利用混频、倍频、分频的方法由参考源频率经加、减、乘、除运算直接组合出所要求的频率优点

3、：频率捷变速度快，相噪低，频率高缺点：结构复杂、杂散多、体积大、频率分辨率差直接频率合成——DS能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。现在最常用的结构是数摸混合的锁相环，即数字鉴相器、分频器、模拟环路滤波和压控振荡器的组成方式优点：相噪低、杂散抑制好、输出频率较高缺点：频率切换速度慢，频率分辨率一般锁相频率合成——PLL利用数字方式累加相位，再以相位和作为地址来查询正弦函数表得到正弦波幅度的离散数字序列，最后经D/A变换得到模拟正弦波输出优点：极高的频率分辨率（微赫兹级），快的变频速度（纳秒级），变频相位连续，相噪低缺点：工作频率低、杂散多直接数字频率合

4、成——DDS直接频率合成、锁相环路、直接数字频率合成三种方式的组合三者的组合构成了现代频率合成的完整体系，使频率合成技术日臻完善几乎所以的频综都是采用混合式频率合成技术混合式频率合成在实际的工作中根据具体设计要求采用不同的方式，也可以结合起来应用使最终的结果满足要求几种频率合成器的性能比较类别主要特征DSPLLDDS工作频率高较高低分辨率差一般极高速度快慢快噪声很低较低低杂散高低高频率范围：fmin～fmax频率分辨率：两相邻频率点之间的间隔(最小步进)频率转换时间：频率从切换到稳定所需的时间频率准确度：实际输出频率偏离标称工作频率的程度频率稳定度：在一定

5、条件下输出频率变化的大小频谱纯度：相位噪声和寄生干扰（杂散）频率合成器的主要技术描述寄生干扰相位噪声频谱中的寄生干扰及相位噪声图PLL的过渡时间测试难点：对带通滤波器要求高(跟踪带通滤波器）直接频率合成设计中主要考虑的一点是混频比：r=f1/f2直接频率合成采用18个晶体振荡器产生99个离散频率的方法f0＝1，2，…98，99kHz混频频谱图例说明混频比对输出的关系f1/f2太大或太相近或接近1/2时，和频附近的“杂散”频率都很接近很难用带通滤波器滤除ff2f1ff2f1和频差频混频f1/f2接近1/2f12f13几乎所有先进的微波系统都采用各种通讯、广播

6、设备雷达探测系统电子对抗系统测试仪器GPS系统…….锁相频率合成技术（PLL）锁相环的基本特性锁相环路是一个闭环的跟踪系统，它能够跟踪输入信号的相位和频率。它跟踪固定频率的输入信号时几乎没有频差；跟踪频率变化的输入信号时精度也很高。它对输入信号恰似一个窄带跟踪滤波器，能够对输入信号起到滤波的作用锁相源基本构成及原理参考信号：Vr(t)＝Ursin[wrt+qr(t)]输出信号：V0(t)＝U0cos[w0t+q0(t)]瞬时相位差：qe＝(wr-w0)t+qr(t)-q0(t)wr为参考信号的载波角频率,qr(t)为参考信号以其载波相位wrt为参考时的瞬时

7、相位。若参考信号是未调载波时qr=常数wr为输出信号的载波角频率,qr(t)为输出信号以其载波相位wrt为参考时的瞬时相位。在VCO未受控之前qr(t)是常数，受控后它是时间的函数瞬时频差：锁相源基本构成及原理鉴相器的作用是相乘：经过环路滤波器的低通作用后：正弦鉴相特性锁相源基本构成及原理实现锁定的核心器件是鉴相器——相位比较装置它把输出信号V0(t)和参考信号Vr(t)的相位进行比较，产生对应于两信号相位差qe(t)的误差电压Vd(t)环路滤波器的作用是滤除误差电压Vd(t)中的高频成份和噪声，以保证环路所要求的性能，提高系统的稳定性压控振荡器受控制电压

8、Vc(t)的控制使其频率向参考信号的频率靠近，也就是使两者频率之差