微秒級(jí)寬帶高速捷變頻技術(shù)研究

摘 要： 對(duì)實(shí)現(xiàn)快速鎖定的原理和方法進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)1 μs快速捷變頻的方案。采用電壓預(yù)置的輔助捕獲方式，減小跳頻的起始頻差，同時(shí)利用反饋修正進(jìn)行精確預(yù)置，可以極大地提高鎖相跳頻速度。最后對(duì)方案實(shí)現(xiàn)中的一些問(wèn)題進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞： 捷變頻； 電壓預(yù)置； 反饋修正； 跳頻速度

中圖分類號(hào)： TN830.2?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）11?0063?04

0 引 言

頻率捷變信號(hào)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)探測(cè)、電子戰(zhàn)、導(dǎo)航定位、通信和測(cè)試系統(tǒng)中等，其性能指標(biāo)的優(yōu)劣直接影響武器裝備的性能。現(xiàn)代局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，雷達(dá)探測(cè)、電子對(duì)抗與反對(duì)抗的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，武器系統(tǒng)對(duì)其關(guān)鍵部件之一的頻率源提出了越來(lái)越多的要求。其要求頻率合成器輸出頻帶寬、頻率點(diǎn)數(shù)多、相位噪聲低、雜散輸出小的同時(shí)，頻率轉(zhuǎn)換速度要快，從發(fā)出頻率轉(zhuǎn)換指令開(kāi)始，到頻率轉(zhuǎn)換完畢，并進(jìn)入允許的相位誤差范圍所需的時(shí)間要短[1]。

目前頻綜技術(shù)從其合成方法上基本可分成三類：直接頻率合成；間接式頻率合成；直接數(shù)字頻率合成（DDS）。三種方法在實(shí)現(xiàn)頻率捷變方面各有特點(diǎn)，直接式在捷變速度上具有很大優(yōu)勢(shì)，但是大量的倍頻、分頻、混頻、濾波環(huán)節(jié)增加了電路的體積和復(fù)雜度，方法移植性差；鎖相式頻率源具有頻帶寬，頻譜純，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于小型化、集成化，噪聲低的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備和系統(tǒng)中，但其缺點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間慢；DDS具有細(xì)分辨，捷變速度快的優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)是雜散較大。如果能夠?qū)⑷N方法有效的結(jié)合起來(lái)，以鎖相環(huán)為主體，DDS和直接式為輔助，采用有效的措施降低主環(huán)鎖定時(shí)間的同時(shí)可以大大改善合成器的各種性能參數(shù)，如體積大小、頻率分辨率等[2?3]。

一般的鎖相式頻率合成器跳頻時(shí)間都在數(shù)十微秒到數(shù)百微秒，如果能夠?qū)㈡i相式頻率合成器的跳頻時(shí)間縮短到數(shù)微秒甚至1 μs之內(nèi)無(wú)疑將有重要的意義。目前提高鎖相源跳頻速度的方法主要采用輔助捕獲法，其中以減小起始頻差的電壓預(yù)置方法使用最廣泛。本文主要關(guān)注的是如何提高鎖相環(huán)的鎖定速度，并應(yīng)用到具體的合成器研制中。

1 鎖相環(huán)快速捷變?cè)矸治?/p>

由于應(yīng)用鑒頻鑒相器的鎖相環(huán)比傳統(tǒng)應(yīng)用正弦模擬鑒相器的鎖相環(huán)具有快得多的鎖定速度[4]，故本文只對(duì)應(yīng)用鑒頻鑒相器的鎖相環(huán)進(jìn)行討論。

鑒頻鑒相器在起始頻差較大時(shí)表現(xiàn)為非線性，只有頻差較小時(shí)才近似表現(xiàn)為線性。其工作過(guò)程可根據(jù)所加輸入頻率階躍的大小分為兩部分：牽引過(guò)程和鎖相過(guò)程。若輸入頻率階躍在鎖定帶內(nèi)，則鎖相環(huán)僅發(fā)生鎖相過(guò)程；若輸入頻率階躍較大，超出鎖定帶范圍，則鎖相環(huán)既發(fā)生牽引過(guò)程又發(fā)生鎖相過(guò)程[5]。鎖定帶的概念為，輸入?yún)⒖碱l率與壓控振蕩器輸出頻率偏差使鎖相環(huán)在一個(gè)單拍周期內(nèi)獲得鎖定，則參考頻率與反饋頻率差值的大小即為鎖定帶大小。

電荷泵鎖相環(huán)的牽引過(guò)程屬于一種紊亂過(guò)程，它是一個(gè)瞬態(tài)過(guò)程，同時(shí)也是一個(gè)頻率捕獲過(guò)程，可用鎖相環(huán)的頻率特性作近似分析。而在鎖定帶內(nèi)，電荷泵鎖相環(huán)為相位捕獲過(guò)程，可近似采用線性系統(tǒng)理論分析。采用二階有源比例積分濾波器的鎖定帶為[4]：