[发明专利]基于直接数字式与直接模拟式结合的模块化频率合成方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达频率合成技术领域，具体为基于直接数字式频率合成与直接模拟式相结合的模块化频率合成方法。应用在雷达频率合成器的设计中，实现大幅提高频率合成器的性能，并对于各个频段的雷达频率合成器通用，从而使硬件实现电路具有良好的通用性和可扩展性，

背景技术

频率合成器是现代电子系统的心脏，也是雷达系统的关键部件，其好坏直接影响雷达系统的性能指标。

频率合成是由一个或几个参考频率源产生一个或多个频率的系统元件的组合。频率合成技术已有近80年的历史，早期的频率合成器主要采用非相干频率合成方法，非相干频率合成利用多个晶体振荡器产生一系列频点，但是随着技术的进步，非相干频率合成技术已经不能满足雷达系统对于频率精度和稳定度的需求，这些新的雷达系统要求的精度和稳定度比非相干频率合成方法所能达到的指标要高几个数量级。为了达到需求，出现了一些列新方法—相干频率合成方法，这些方法使用同一个参考源，产生一些列满足精度和稳定度需求的频点。目前，几乎所有的雷达频率合成器都采用的是相干频率合方法。

目前的频率合成器主要分为间接式频率合成器和直接式频率合成器两大类。

间接式频率合成器也称锁相频率合成器，它利用反馈的原理产生频率步进，它主要包括模拟锁相频率合成器和数字锁相频率合成器。目前很多雷达频率合成器都采用间接式频率合成方法，这种方法主要的缺陷就是频率转换时间、频率分辨率和相位噪声等指标较差。采用间接式频率合成方法实现的频率合成器其频率转换时间一般在几十到几百微秒之间，难以满足目前大多数捷变频雷达对于频率转换时间的要求(一般小于1μS)。并且采用间接式频率合成方法也很难实现小步进频率合成器，其频率分辨率一般只能做到10⁵赫兹量级。另外，采用间接式频率合成方法实现的频率合成器其相位噪声性能较差，难以满足目前高性能雷达系统对于相位噪声指标的要求。

直接式频率合成器以一个高稳定的晶体振荡器作为参考频率源，通过对参考频率源进行分频、混频和倍频得到所需的各种频率信号。当前也有很多雷达频率合成器采用直接模拟式频率合成方法。这种方法虽然弥补了间接式频率合成方法频率转换时间和相位噪声等指标较差的缺陷，但是这种方法也有其自身的缺陷。虽然采用这种方法理论上可以实现较高的频率分辨率、可以实现小步进频率合成器，但是在小步进频率合成情况下系统的杂散电平指标极差，并且系统复杂、设备量大，会导致系统的成本急剧上升，而且会导致系统的体积相对比较庞大，这是不可取的，也不利于现代雷达频率合成器的小型化和模块化应用。

随着大规模集成电路和微电子技术的发展，出现了一种新的频率合成方法—直接数字频率合成方法。直接数字频率合成(简称DDS)是根据正弦函数的产生，从相位出发，由不同的相位给出不同的电压幅度，即相位-正弦幅度变换，最后滤波，平滑输出所需要的频率。它完全不同于目前所熟悉的间接式和直接式频率合成，因为它是数字处理的。直接数字频率合成的主要优点是它的输出频率、相位和幅度能够在数字处理器的控制下精确而快速地变换，而且它还具有极微小的频率调谐和相位分辨率能力。但是目前这种频率合成技术还有许多问题尚未很好地解决，其中最突出，也是最重要的问题就是相位噪声和杂散。由于相位截断和数模转换器位数的限制导致了直接数字频率合成器频谱纯度较差、输出杂散电平较大。另外，受目前数字集成电路材料和工艺水平的限制，直接数字频率合成器的工作频段比较低、输出带宽也比较窄。目前，工艺成熟、性能可靠、在工程上能够实用的直接数字频率合成器的最高输出频率也只能达到L波段。所以，单纯的直接数字频率合成器无法实现更高频率的微波频率合成器，并且其输出信号带宽也相对较小、难以实现宽带频率合成，另外其输出信号杂散指标也很难做的很好。所以，尽管直接数字频率合成方法解决了频率转换时间和频率分辨率的问题，但是它依然有许多目前技术水平条件下无法解决的问题，使得单纯的直接数字频率合成技术的应用领域和范围还具有很大的局限性。

发明内容

本发明要解决的问题是针对上述几种频率合成方法存在的频率转换时间、频率分辨率、相位噪声、杂散电平、带宽、体积和成本等指标之间相互影响和制约的缺陷，提供一种新的频率合成方法，使上述各项指标能够兼顾并得到进一步的优化，从而大幅提高整个频率合成器的性能。

本发明的技术解决方案是将直接数字式频率合成与直接模拟式相结合进行频率合成，从而扬弃各自的缺陷，优化了频率合成的指标。

本发明的技术方案内容如下：