超寬帶雷達信號電路的設計與實現

摘要： 介紹了一種超寬帶雷達信號波形產生器的設計與實現，信號由DDS+PLL+混頻器產生。該產生器采用高性能數字鎖相環芯片Q3236、壓控振蕩器Q3500-0916T和混頻器IAM-81008構成核心單元，利用新型低頻和超帶寬帶通濾波器完成超寬帶雷達信號。這種超寬帶雷達信號的實現對提高現有雷達的性能以及研制新一代高性能雷達都具有重要意義。

關鍵詞： 超寬帶 直接數字合成 鎖相環 混頻器 濾波器

雷達是對遠距離目標進行無線電探測、定位、測軌和識別的電子設備，無論對軍用還是對民用，都占據重要位置。雷達技術的迅速發展，促使雷達性能不斷提高，就雷達信號而言，已由傳統的模擬技術向數字技術方向發展。傳統的雷達信號只有連續波和矩形包絡射頻脈沖兩種形式，技術雖然成熟，但采用此種信號的雷達，目標參數的測量能力和精度均受到限制，遠不能適應現代雷達發展的要求[1]。基于這一點，本文采用DDS+PLL+混頻器+濾波器技術，設計一種具有寬頻帶、高穩定度和快速跳變的超寬帶雷達信號[2]。這種超寬帶雷達信號的實現，對提高現有雷達的性能以及研制新一代高性能雷達都具有重要意義。

1 總體方案的擬定

超寬帶雷達信號電路方框圖如圖1所示。它的基本原理是利用參考源DDS[3～4]的微小頻率變化激勵鎖相環輸出頻率f0的大范圍變化，具體公式如下：

本文以產生160MHz~650MHz的超寬帶信號為例，輸入的較低頻率由DDS產生，輸出的較高頻率由DDS+PLL+混頻器產生，即用3.3MHz的DDS輸出信號激勵PLL，產生1160MHz~1650MHz信號。該信號與1000MHz本振混頻即可產生160MHz~650MHz信號(其中N=32，M=360)。

2 單元電路的選擇、設計與仿真

鎖相環由Qualcomm公司新推出的高性能數字鎖相環芯片Q3236、壓控振蕩器Q3500C-0916T和抑制濾波器組成，混頻器采用HP公司的IAM-81008。放大器中的反饋放大器采用微波單片集成放大器，選用HP公司的INA-02186硅雙極MMIC反饋放大器；而線性放大器選用MC10H115，是四個用于整形且通過長線傳輸不同信號的放大器。本地振蕩器采用一個晶振倍頻源，倍頻至1000MHz，為降低倍頻源的輸出雜散分量，在輸出端進行濾波，以得到頻譜純凈的本振源信號。為了縮短頻率合成器頻率的轉換時間，在鎖相環路基礎上外加快速捕獲電路。快速捕獲電路是采用頻率數字變換輔助捕獲方法獲得捕獲的。

圖1中的環路濾波器采用帶預積分的有源積分濾波器[1],如圖2所示。


就阻帶衰減的陡度而言，以橢圓函數濾波器最好，所以抑制濾波器選擇橢圓函數濾波器。在本電路中，參考輸入頻率為10MHz，參考分頻比為3，故鑒頻鑒相器輸出為3.33MHz。為降低整個頻率綜合器的雜散噪聲和相位噪聲，設計時考慮到從0~1.2MHz的范圍內衰減不大于0.2dB，而3MHz以上的范圍衰減大于60dB，最后設計的抑制濾波器如圖3所示。其幅頻特性如圖4所示。

為了達到超帶寬，160MHz~650MHz帶通濾波器采用電容耦合的節點耦合濾波器[5]進行設計，所設計的濾波器電路如圖5所示。

對所設計的帶通濾波器用PSPICE進行仿真，其幅頻特性(V(R2))如圖6所示。

3 系統的連線與測試

在完成上述單元電路器件的選擇和設計以后，用PROTEL對電路的PCB板圖進行具體布局和布線。在布線的過程中要注意電源的供電、器件的接地和耦合器件間的屏蔽。最后對所設計的超寬帶雷達信號產生電路的信號產生結果進行仿真。其仿真結果如圖7所示。

通過對系統的測試結果進行分析，電路最終產生的結果達到了預期的信號形式和工作頻率范圍內的各項指標要求。

超寬帶高穩定雷達信號產生電路對提高現有雷達的性能以及研制新一代高性能雷達都具有非常重要的意義。它不僅增強雷達的反干擾能力，有效地對付導彈輻射，而且由于其相對帶寬和絕對帶寬都比較寬，在雷達成像、雷達目標識別、雷達低仰角跟蹤等方面都有重要的應用；它是新一代雷達的關鍵技術，具有廣泛的應用前景。