電源紋波對頻率源頻譜純度的影響

江月 吳濤 陳俊鵬

摘 要：雷達接收機中，頻率源是非常關(guān)鍵的，當前由于在雷達目標探測方面的能力要求進一步加大，在頻率源頻譜純度方面的要求也在逐步提高，在此過程中主要需要對相位噪聲等進行有效的控制。

關(guān)鍵詞：電源紋波；DDS；頻譜純度；轉(zhuǎn)換電壓；影響

1 電源紋波對頻譜純度的影響

在實際操作的過程中，頻率源需要使用的電源可以分為兩種，也就是低壓線性電源以及開關(guān)電源。和這兩種電源實現(xiàn)技術(shù)相比，線性電源是一種不需要進行高頻開關(guān)工作的器件，因為其具有較為簡單的結(jié)構(gòu)而且輸出的紋波相對較小（<5 mV）等諸多優(yōu)點，在輸入濾波工作較為完善的情況下不會出現(xiàn)高頻干擾噪聲。但是開關(guān)電源因為在操作的過程中使用了高頻開關(guān)電路，這樣就會導(dǎo)致在直流電壓輸出的過程中出現(xiàn)較大的紋波（>50 mV），所以在輸出端需要進行穩(wěn)壓管的設(shè)置，這樣能夠進一步對紋波的情況進行改善。

電源干擾造成的頻譜純度的影響，主要是因為在變壓器和整流后出現(xiàn)的一些疊加紋波電壓分量，需要利用合理的方法調(diào)制基準信號，特別是調(diào)制晶振頻譜而造成的相位噪聲惡化以及雜散譜的情況。這種噪聲在操作的過程中是近端干擾噪聲的一種，在晶振信號的噪聲基底直接作用。與此同時，在放大和分頻晶振信號的時候，可能會由于沒有進行合理的濾波設(shè)計，造成傳導(dǎo)干擾的出現(xiàn)而對輸出信號的相位噪聲和雜散產(chǎn)生影響。使用，在進行電路設(shè)計的過程中一定要重視對電源濾波工作進行加強，以便對電源紋波進行抑制。

2 頻率源受電源紋波影響的理論分析

2.1 全相參直接合成頻率源

電源紋波會在工作的過程中直接影響基準信號，在進行操作的過程中最終導(dǎo)致頻率源的相位噪聲出現(xiàn)較大的影響，主要是發(fā)出的信號在使用倍頻器以及放大器處理后，因為在操作的過程中信號和噪聲在放大特性方面具有較大的區(qū)別，所以在放大了工作頻率后，導(dǎo)致噪聲的基底變高，這樣就會導(dǎo)致雜散紋波在經(jīng)過調(diào)制后會逐步抬得。在操作的過程中干擾會逐步被放大，導(dǎo)致最終影響整個系統(tǒng)的工作效率。

2.2 數(shù)字鎖相頻率源

數(shù)字鎖相頻率合成器主要是利用鎖相環(huán)（PLL）來進行工作的，主要是為了鎖定振蕩器的輸出頻率。在鎖相環(huán)實際進行工作的時候，因為電源紋波的影響，可能會干擾晶體振蕩器近端噪聲，這樣最終導(dǎo)致的結(jié)果是振蕩器的相噪性能出現(xiàn)惡化的情況。這些干擾不單單可能會導(dǎo)致相位噪聲出現(xiàn)惡化的情況，更會造成調(diào)制、放大后產(chǎn)生調(diào)幅或調(diào)頻雜散的問題，導(dǎo)致鎖相環(huán)路失鎖，最終造成頻率源無法有效地進行工作。

通常來說，這些紋波干擾無法通過理論的方法進行計算，但是由于這些紋波干擾和電路設(shè)計具有一定的關(guān)聯(lián)，所以可以進行相應(yīng)的優(yōu)化，比如說，在實際操作的時候，處理小于鎖相環(huán)自然頻的噪聲或紋波的過程中，可以利用軟件進行操作對環(huán)路帶寬來進行調(diào)整，這樣就可以對紋波進行抑制。但是，在實際操作的過程中，電源上的頻率往往會比鎖相環(huán)自然頻率的噪聲或紋波大，這樣如果沒有進行合理的處理，就會導(dǎo)致壓控振蕩器的輸出端出現(xiàn)相位抖動的問題，導(dǎo)致一些雜散頻譜分量的出現(xiàn)。所以，需要對壓控振蕩器進行處理，使其與低噪聲、低紋波穩(wěn)壓器盡量靠近，通過這樣的方法來對供電電路進行處理。

2.3 直接數(shù)字合成頻率源

直接數(shù)字頻率合成器（DDS）主要是通過穩(wěn)定的晶體振蕩器（參考源），來對DDS的各組成部分進行同步。DDS的輸出信號相位噪聲會進一步得到改善。但是因為DDS的工作頻率通常條件下比較低，與此同時，在雜散方面又非常嚴重，雷達系統(tǒng)中往往通過DDS+PLL進行結(jié)合的方法，或者是通過DDS結(jié)合直接頻率合成技術(shù)的方法進行合成器的設(shè)置。這樣就可以有機地結(jié)合DDs技術(shù)和PLL頻率合成技術(shù)，通過低頻的DDs源對PLL系統(tǒng)進行激勵，通過PLL環(huán)路進行倍頻操作，讓DDS信號進行倍頻，符合高頻信號發(fā)出的需要，通過濾波器將DDs輸出信號雜波干擾去除。

3 實驗測試

利用仿真的方法可以對電源紋波干擾進行判斷，是在頻譜分析端產(chǎn)生的雜散譜。如此，為了對電源紋波影響頻率源雜散指標的實際情況進行分析，在實驗室的條件下，讓不同的紋波電壓值改變，通過這樣的方法對電源紋波和雜散之間的數(shù)據(jù)進行處理。控制測試過程中的信號是10 GHz，在輸入的電壓方面控制為±5V、+15V。設(shè)置紋波電壓在10mV到50 mV之間，可以通過開關(guān)電源對其進行調(diào)節(jié)。頻譜儀主要使用的是Agilent E4440A。在選擇被測頻率源的過程中，主要選擇了5個直接合成源，以及5個數(shù)字鎖相源，具體的數(shù)據(jù)如下表所示。外加變化的紋波信號后導(dǎo)致雜散指標出現(xiàn)了更為嚴重的變化，通過對比相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，電源紋波會對頻率源雜散的情況產(chǎn)生較大的影響，通過分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)通過鎖相源進行電路的合理設(shè)計，能夠進一步對干擾進行抑制。

4 結(jié)束語

伴隨當前雷達在工作頻率方面進一步提高，設(shè)計的過程中越來越重視模塊化設(shè)計，開關(guān)電源在實際使用的過程中具有更為明顯的優(yōu)勢，想要對較大的電源紋波進行抑制，可以通過多級穩(wěn)壓電路來進行操作。

參考文獻：

[1]鞠文耀.用于雷達接收機的開關(guān)電源的低紋波設(shè)計[J].現(xiàn)代雷達，2001，10（27）：81-82.