賈群 高曉娟

【摘要】相位噪聲是雷達(dá)頻綜的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)難點(diǎn)，本文主要從設(shè)計(jì)與調(diào)試兩個(gè)方面，針對某雷達(dá)頻綜，分析了哪些因素使相位噪聲惡化，對頻綜的低相噪設(shè)計(jì)的工程實(shí)現(xiàn)有一定的指導(dǎo)意義。同時(shí)對生產(chǎn)調(diào)試過程中的故障進(jìn)行了分析，給出了解決辦法。

【關(guān)鍵詞】頻綜；相位噪聲；鎖相環(huán)

1.引言

頻綜作為雷達(dá)的重要組成部分，其指標(biāo)的優(yōu)劣直接影響到雷達(dá)的工作性能，而相位噪聲則是頻綜的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展對頻綜技術(shù)指標(biāo)要求越來越高，所以實(shí)現(xiàn)低相位噪聲是頻率合成的關(guān)鍵技術(shù)。

在調(diào)試中，相位噪聲作為關(guān)鍵指標(biāo)需要測試。為了快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障定位，我們需要清楚哪些因素使相位噪聲惡化，因此，本文對某頻綜的相位噪聲進(jìn)行了分析研究，希望用理論指導(dǎo)生產(chǎn)，更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

2.頻綜的組成

該頻綜為某雷達(dá)的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號處理器提供高質(zhì)量、穩(wěn)定的發(fā)射激勵(lì)信號，本振信號，檢測信號以及定時(shí)基準(zhǔn)信號。它采用了直接與間接相結(jié)合的混合式合成方案，主要由通用模塊、C波段合成模塊及電源模塊組成。

3.相位噪聲分析及改善

相位噪聲是指信號輸出的無用的或多余的頻譜，頻綜的輸出相位噪聲是其各環(huán)節(jié)的相位噪聲線性疊加，總的相位噪聲表達(dá)式為：

式（3-1）中，θO（t）為系統(tǒng)輸出的相位噪聲，θ01（t）～θ05（t）代表了晶振、混頻、倍頻、分頻、PLL等各部分的相位噪聲，各環(huán)節(jié)的相位噪聲對頻率合成的輸出相位噪聲有不同程度影響。

本文所述頻綜為混合式頻綜，直接式頻率合成部分是將基準(zhǔn)頻率通過倍頻、分頻和混頻進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，再通過開關(guān)濾波器組選出所需的輸出頻率；間接式頻綜是利用PLL構(gòu)成的頻綜。因此不可避免的要使用晶體振蕩器、倍頻器、混頻器、分頻器、鎖相環(huán)等。當(dāng)信號通過時(shí)，它們的相位噪聲對頻綜系統(tǒng)的相位噪聲會有不同的影響。

晶體振蕩器是整個(gè)頻綜的心臟，晶振指標(biāo)決定了頻綜的輸出指標(biāo)。理論上頻綜輸出相位噪聲為：晶振的相位噪聲+20lgN，N= Fc/Fr，F(xiàn)c為輸出頻率，F(xiàn)r為晶振頻率。

在實(shí)際計(jì)算中，倍頻器的相位噪聲按照+20lgN變壞。該頻綜系統(tǒng)中倍頻次數(shù)為10倍，因此，倍頻器相位理論上變差20dBc/1kHz。

混頻器是將中頻IF信號與本振LO信號頻率進(jìn)行相加或相減，若混頻器兩個(gè)輸入信號不是純凈理想信號，則在完成頻率相加或相減的同時(shí)，也完成了相位噪聲的相加或相減，即：

在實(shí)際工程中，通用混頻器的相位噪聲算法如下：

（1）當(dāng)SLO（fm）=SIF（fm）或SLO（fm）≈SIF（fm），輸出頻率的相位噪聲為輸入信號的相位噪聲減去3dBc/Hz，再減去2～3dBc/Hz的損耗。

（2）當(dāng)SLO（fm）>>SIF（fm），輸出頻率的相位噪聲的取決于LO的相位噪聲。

該頻綜系統(tǒng)的輸出信號進(jìn)行了兩次混頻，得到發(fā)射激勵(lì)信號。按照通用混頻器的相位噪聲算法推算可知，系統(tǒng)輸出相位噪聲由鎖相環(huán)產(chǎn)生的微波頻標(biāo)所決定。

鎖相環(huán)主要由鑒相器，環(huán)路濾波器及VCO組成，基本原理框圖如圖3.2所示。鎖相環(huán)噪聲和干擾主要來源于兩個(gè)部分：一類是外部隨輸入信號一起進(jìn)入環(huán)路的噪聲和干擾，另外一類是環(huán)路內(nèi)部器件產(chǎn)生的噪聲。在鎖相環(huán)中，輸出的相位噪聲主要由鑒相器與壓控振蕩器（VCO）決定，要，鑒相器的鑒相基底好可使輸出頻譜的近端相位噪聲好；高純度的壓控振蕩器可保證遠(yuǎn)端頻譜好。本文考慮近端100KHz內(nèi)的相位噪聲，只對鑒相器的相位噪聲進(jìn)行分析計(jì)算。

本系統(tǒng)的鎖相環(huán)采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)。所謂雙環(huán)結(jié)構(gòu)，就是微波頻標(biāo)采用兩個(gè)混頻環(huán)構(gòu)成--大步進(jìn)環(huán)路與小步進(jìn)環(huán)路?；祛l鎖相環(huán)中，大步進(jìn)鎖相環(huán)采用高鑒相頻率、大環(huán)路帶寬來實(shí)現(xiàn)，小步進(jìn)鎖相環(huán)采用10MHz鑒相，能很好的解決小步進(jìn)與低相位噪聲間的矛盾。

在雙環(huán)結(jié)構(gòu)中，鎖相環(huán)的帶內(nèi)相位噪聲指標(biāo)由大步進(jìn)鎖相環(huán)決定，帶外相位噪聲指標(biāo)由小步進(jìn)鎖相環(huán)決定，考慮到環(huán)路附加噪聲、變頻附加噪聲以及其它電路的附加噪聲，最終輸出信號的相位噪聲滿足指標(biāo)要求，并且實(shí)際測得鎖相環(huán)相位噪聲與最終輸出信號相位噪聲一致，也說明了該系統(tǒng)的相位噪聲由鎖相環(huán)決定。

由上述分析可知，在該頻綜系統(tǒng)中，當(dāng)晶體振蕩器可以確保整個(gè)頻綜在較寬的溫度范圍能具有較高的頻率穩(wěn)定度時(shí)，其輸出相位噪聲主要有鎖相環(huán)來決定。這也是影響該頻綜系統(tǒng)相位噪聲最主要的因素。

4.故障分析解決方法

在實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試過程中，會出現(xiàn)相位噪聲變差的現(xiàn)象，現(xiàn)就經(jīng)常出現(xiàn)故障分析如下：

晶體振蕩器相位噪聲變差，這種情況下有可能是晶振本身相噪變差，或者晶振接地差造成的晶振相位噪聲變差。根據(jù)情況返修或保證晶振的接地良好。

鎖相環(huán)相位噪聲變差：這時(shí)則需要判斷是鎖相環(huán)本身相噪變差還是鎖相環(huán)輸入電纜不好或連接不好。

L波段倍頻單元相位噪聲變差，則是倍頻器輸入功率過大，輸出信號過飽和，使倍頻器不在工作狀態(tài)，造成倍頻器相位噪聲惡化降低倍頻器輸入功率，在倍頻器輸入端匹配3dB的π型衰減器。

其它干擾引起的相位噪聲變差，例如放大器接地不好等等。

5.結(jié)束語

相位噪聲作為雷達(dá)頻綜的重要技術(shù)指標(biāo)，其性能好壞直接影響雷達(dá)的性能。本文通過分析得出了影響該混合式頻綜相位噪聲的主要因素，并對實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試中該頻綜系統(tǒng)相位噪聲的故障進(jìn)行了分析，給出了解決方法，對低相位噪聲頻綜的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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