基于AD9914寬帶線性調頻源的設計及實現*

吳志毅，羅　凌

（四川信息職業技術學院，四川 廣元620840）

基于AD9914寬帶線性調頻源的設計及實現*

吳志毅，羅凌

（四川信息職業技術學院，四川 廣元620840）

介紹了一種基于ADI公司最新器件AD9914設計的寬帶微波中頻線性調頻源，其瞬時工作帶寬超過1 000 MHz，克服了國內研究處于200 MHz～400 MHz帶寬的技術難題。同時，提出了一種利用DDS可編程特性對信號的相位進行分段補償從而獲得高邊帶抑制比的方法。

FPGA；AD9914；雷達信號處理；寬帶微波中頻源

0　引言

在現代雷達系統中，對雷達工作頻率、頻率穩定度和頻帶寬度都有很高的要求[1]。因此，雷達為了獲得較高的分辨率以激勵出目標細節特征，雷達微波源的發射信號必須具有較大瞬時帶寬。

1　方案選擇

目前產生較大瞬時帶寬的雷達微波中頻源發射信號主要有四種方式[2]，分別為 DDS拼接方式、正交調制方式、多本振混頻拼接方式、高參考時鐘的DDS產生方式。其中DDS是目前數字產生線性調頻信號的主要方式。DDS參考時鐘頻率高低與D/A轉換器的位數決定了 DDS產生信號的雜散及最高輸出頻率。

在實際應用中往往是綜合使用，而最常用的是正交調制方式和多本振拼接方式[3]。正交調制方式硬件電路簡潔、調試方便，但受正交調制器性能的影響，帶寬范圍有限。多本振拼接方式帶寬范圍靈活可變，但拼接處的相位差補償比較困難。

本方案采用高參考時鐘的 DDS產生寬帶微波線性調頻源的方式。DDS選用ADI公司生產的最高端的AD9914作為寬帶微波線性調頻信號的核心器件[4]。AD9914是高性能直接數字頻綜，內含12位的DAC，支持高達3.5 GS/s的采樣速率，輸出最高點頻可達 1.5 GHz，寬帶雜散-50 dB，輸出頻率在 1.396 GHz時，相位噪聲≤-128 dBc/Hz@1 kHz。AD9914采用先進的制造工藝，不用外部操作就可以降低功率損耗。用戶通過控制3個參數（頻率、相位和幅度）來控制DDS，DDS 32位累加器提供快速的頻率跳變和頻率轉換，它的分辨率為0.23 Hz，DDS還可以進行快速相位和幅度轉換。通過串行的輸入／輸出口編程內部的寄存器來控制 AD9914，AD9914通過靜態的RAM來產生頻率、相位和幅度。為了獲得更多的調制功能，可以用高速的并行數據口控制頻率、幅度和相位的調制。AD9914有四種工作模式：單音頻模式、RAM模式、鋸齒波調制模式（DRG）、并行數據傳輸模式，模式相關的數據源提供控制DDS的參數，即頻率、相位、幅度，通過特殊的控制字來自動執行頻率、相位、幅度的不同組合。

2　方案設計

寬頻帶微波中頻信號源的設計及實現框圖如圖1所示。

100MHz晶振通過二功分器，一路 100 MHz信號直接激勵諧波發生器，諧波發生器按100 MHz間隔輸出梳狀譜信號，通過3 200 MHz窄帶濾波器濾波、放大、濾波輸出3 200 MHz、0 dBm的射頻信號到 AD9914的系統時鐘輸入端。另一路100 MHz信號加到FPGA的時鐘輸入端，FPGA在外部計算機控制下，輸出相應的 SPI數據和控制時序到AD9914數據輸入端和時序控制端，AD9914在FPGA控制下產生各種相應的寬帶微波線性調頻信號。FPGA并口控制時序電路內部設計如圖2所示，FPGA并口控制時序仿真如圖3所示。

圖1　AD9914寬帶線性調頻源的框圖

圖2　FPGA內部設計

圖3　控制時序

實際工作中，電源的好壞和腔體的設計直接關系到輸出信號頻譜純度。因此電路設計中為減少輸出信號的雜散，提高輸出信號的相位噪聲指標，對諧波發生器、FPGA和 AD9914的電源采用兩個獨立的開關電源進行分配，在器件近端根據不同的電源品種采用獨立的低壓差、高噪聲抑制的可調線性穩壓電源進行獨立供電，在電源濾波回路上串接磁珠或電感來提高電源噪聲隔離，AD9914模擬電源與數字電源進行隔離。對3 200 MHz的窄帶濾波器采用回流焊工藝將濾波器外殼直接焊接到印制板上，以提高對100 MHz諧波信號的抑制。電源及微波部分與數字控制部分采用分腔設計。AD9914寬帶微波線性調頻信號源的實物如圖4所示。

圖4　AD9914寬帶線性調頻信號源實物

3　測試結果

3.1帶寬

AD9914在輸入3 200 MHz系統時鐘，通過輸入不同的控制指令，分別輸出帶寬為500 MHz、1 000 MHz寬帶微波中頻線性調頻信號如圖5、圖6所示。從實際信號頻譜上可以看出，AD9914輸出 500 MHz寬帶微波中頻線性調頻信號幅度起伏小于1 dB，輸出1 000 MHz寬帶微波中頻線性調頻信號幅度起伏小于 2.2 dB，AD9914產生寬帶微波中頻線性調頻信號調制斜率指標優于采用帶寬拼接方式，雜散指標優于正交調制+混頻等方式產生的寬帶微波中頻線性調頻信號10 dB以上。

圖5　帶寬為500 MHz線性調頻

圖6　帶寬為1 000 MHz線性調頻

3.2相位噪聲與雜散

由頻譜儀測試500 MHz帶寬相位噪聲與雜散如圖7、圖8所示。相噪指標達109.029 dB，雜散指標為58.63 dB。

圖7　500MHz相位噪聲

圖8　500MHz雜散

由頻譜儀測試1 000 MHz帶寬相位噪聲與雜散如圖9、圖10所示。實測相噪指標達 104.172 dB，雜散指標為51.21 dB。

圖9　1000 MHz相位噪聲

圖10　1000 MHz雜散

3.3寬帶線性調頻

對中心頻率750 MHz、調頻帶寬500 MHz寬帶線性調頻信號在 SPAN 2 GHz、SPAN 2 kHz調制信號頻譜如圖11、圖12所示。

圖11　SPAN 2 GHz寬帶線性調頻信號頻譜

圖12　SPAN 2 kHz寬帶線性調頻信號頻譜

3.4組合線性調頻信號

對應中心頻率500 MHz、調頻帶寬16 MHz組合線性調頻信號在SPAN 500 MHz、SPAN 100 MHz調制信號頻譜如圖13、圖14所示。

圖13　SPAN 500 MHz組合線性調頻信號頻譜

圖14　SPAN 100 MHz組合線性調頻信號頻譜

對中心頻率600 MHz、調頻帶寬1 000 MHz寬帶線性調頻信號在 SPAN 2 GHz、SPAN 2 kHz調制信號頻譜如圖15、圖16所示。

圖15　SPAN 2 GHz寬帶線性調頻信號頻譜

圖16　SPAN 2 kHz寬帶線性調頻信號頻譜

4　結束語

本文介紹了基于AD9914產生寬帶微波中頻線性調頻信號的設計方法，通過對實物的測試和技術評估，產生的寬帶微波中頻線性調頻信號指標優于傳統方式產生的線性調頻信號，對于雷達在相應波段的應用，具有通信導航靈活、方便，發展應用前景廣闊。

[1]費元春，蘇廣川.寬帶雷達信號產生技術[M].北京：國防工業出版社，2002.

[2]祝明波，常文革.采用數字方法實現寬帶線性調頻信號產生[J].系統工程與電子技術，2000，22(5)：93-96.

[3]吳志毅.射頻電路設計技術基礎[M].成都：西南交通大學出版社，2014.

[4]ADI.1.6 GHz Clock Distribution IC.Dividers，Delay Adjust，Three Outputs.2005.

Design and realization of a broadband microwave frequency source

Wu Zhiyi，Luo Ling
（Sichuan Institute of Information Technology,Guangyuan 620840，China）

This paper introduces a latest broadband microwave frequency source of linear frequency modulation based on AD company′s AD9914,the instantaneous working bandwidth more than 1 000 MHz,overcome the domestic research in the 200 MHz to 400 MHz bandwidth technology bottleneck.At the same time,this paper proposes a feature of using programmable DDS to the phase of signal is piecewise compensation and then the method to obtain high sideband suppression ratio.

FPGA；AD9914；radar signal processing；broadband microwave frequency source

TN957.3

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2015.10.007

廣元市科技支撐項目(2013)38

2015-02-11)

吳志毅(1968-)，男，高級工程師,主要研究方向：射頻/微波技術、應用電子技術。

中文引用格式：吳志毅，羅凌.基于 AD9914寬帶線性調頻源的設計及實現[J].電子技術應用，2015，41(10)：30-33.

英文引用格式：Wu Zhiyi，Luo Ling.Design and realization of a broadband microwave frequency source[J].Application of Electronic Technique，2015，41(10)：30-33.