一種改善小步進尾數調制雜散的技術分析

車升余 陳煥東

摘? ?要：文章介紹了小數分頻技術中的尾數調制雜散，并對其產生的機理進行了分析研究。通過參考支路和回饋支路增加定向耦合器、放大器及衰減器的基礎上，給出了改進尾數調制的方法。從測試結果看，改進后的小數分頻電路，尾數調制幾乎不可見，效果明顯。

關鍵詞：尾數調制;雜散分析;頻率綜合器;DDS;反向隔離

頻綜作為變頻器的核心組成模塊之一，已有60多年的發展歷史，各種頻率綜合技術層出不窮。其中，小數分頻由于輸出的分辨率可以降至鑒頻鑒相器（Phase Frequency Detector，PFD）頻率的一小部分，解析度較高而被廣泛應用。在小步進的頻率綜合器中，由于存在尾數調制的天然缺陷，使得雜散較高。

分析小步進尾數調制雜散產生的機理和解決方法，并總結出普遍規律，對設計低相位噪聲和低雜散信號的頻率合成器有重要意義。

1? ? 原理分析

所謂小步進尾數調制雜散是出現在輸出頻率兩邊，頻偏與輸出頻率和鑒相頻率整數倍之差，成整數倍關系的雜散。假定頻綜輸出為8 599.998 MHz，鑒相頻率為50 MHz，此時，小步進尾數調制雜散出現在2 kHz整數倍的頻偏處，例如Δ=±2 kHz，Δ=±28 kHz等。小步進尾數調制雜散一旦落入環路帶寬內，將被鎖相環倍頻放大[1]。

頻綜采用方案如圖1所示。方案采用三環頻率合成，其中，直接數字合成（Direct Digital Synthesis，DDS）輸出頻率范圍為50～100 MHz。由于A通道隔離度有限，DDS的信號將竄入偏置（Offset，OS）環的參考輸入。當DDS輸出信號頻率的整數倍在參考源信號頻率附近時，尤其頻偏小于OS環環路帶寬的時候，DDS信號將成為一個雜散從參考通道進入到OS環，參與鎖相，如果OS環的分頻比為N，該雜散將惡化20logN，且調制到主譜的兩邊。這種雜散符合小步進尾數調制雜散的出現規律，是一種最主要的產生機理。

此外，在通道B中，頻綜輸出信號fvco和OS環信號fos間差頻和參考源之間的交調產物也會落在參考源信號附近，也會造成雜散[2]。

同樣，DDS輸出信號也會在時鐘鎖相環（Phase Locking Loop，PLL）內形成雜散，但由于合成環分頻比極低，造成的雜散非常小，可以不考慮。

2? ? 解決方案

分別在A和B通道增加反向隔離，如圖2所示。A通道增加一個定向耦合器和一個放大器，放大器反向隔離度大于15 dB，定向耦合器反向隔離度大于20 dB，因此，A通道對于DDS信號的反向隔離度大于35 dB。B通道增加一個放大器和兩個衰減器，采用先衰減再放大再衰減的方案，B通道對于壓控振蕩器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）信號的反向隔離度也大于35 dB，這樣就可以有效地阻止DDS信號和VCO信號進入OS環[3]。

此外，采用EMI濾波器對供電和輸入輸出（Input/ Output，I/O）控制線都進行隔離，避免DDS信號從供電和I/O控制線竄擾。每個環路從空間布局上都要做合理的設計，以達到屏蔽的目的[4-5]。

3? ? 測試結果

當輸出8 599.998 MHz信號，這時DDS輸出信號為99.999 MHz，小步進尾數調制雜散改善前后效果如圖3所示。

相噪測試結果如圖4所示，遠好于衛星通信對相位噪聲的要求[6]。

4? ? 結語

小步進尾數調制雜散的成功解決標志著高性能頻綜研制又邁出及其重要的一步，對完善變頻器產品種類有非常重要的意義。從測試結果來看，目前的技術水平可實現頻率最高30 GHz，帶寬超過2 GHz的頻率覆蓋，指標都可以滿足衛星通信要求。

[參考文獻]

[1]胡麗格，楊志國，閔潔.一種L波段的小步進頻率合成器[J].無線電工程，2007（6）：60-61.

[2]陳煥東，牛旭，劉立青.一種基于偏移源的頻率合成技術分析[J].無線電工程，2012（5）：16-17.

[3]楊志國.脈沖鎖相技術及其應用[J].無線電通信技術，2002（4）：47-48.

[4]陳煥東.寬帶頻率合成技術研究[D].成都：電子科技大學，2013.

[5]ULRICH L，ROHDE A，KUMAR P.VCSO technology silences synthesizers[J].Microwaves&RF Magazine，2011（9）：3-5.

[6]賴益.3～16 GHz寬覆蓋頻率合成器的研制[D].成都：電子科技大學，2010.

A technical analysis of improving small step fractional mantissa modulation spurious

Che Shengyu1， Chen Huandong2

（1.The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China;

2.Sansha Guohai Xintong Technology Development Co.， Ltd， Haikou 573199， China）

Abstract：This paper introduces the mantissa modulation in fractional frequency division technology. Its mechanism was analyzed and studied. By adding directional couplers， amplifiers and attenuators to the reference and branches， a method to improve mantissa modulation is presented. From the test results， the improved fractional frequency division circuit， mantissa modulation is almost invisible， the effect is obvious.

Key words：mantissa modulation;spurious analysis;frequency synthesizer;reverse isolation; DDS