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频率合成器广泛的应用于微波通信、雷达系统以及电子对抗等领域。在微波系统应用研究中，X和Ku波段是非常重要的微波频段，在卫星通信、军事防御、雷达系统等领域有着广泛的应用。近年来，随着现代无线通信事业、雷达以及电子对抗的发展，对频率合成器提出了越来越高的要求。因此，研制高分辨率、低相位噪声、低杂散X和Ku波段频率合成器具有十分重要的现实意义。
本文以研制具有低相位噪声、低杂散和高频率分辨率的X和X/Ku波段频率合成器为目标，针对锁相频率合成技术不易实现高频率分辨率的问题，采用了直接数字频率合成(DDS)结合混频锁相的技术方案，分别研制了X和X/Ku波段两种高分辨率、低相位噪声频率合成系统。本论文主要研究进展包括以下几个方面:
1、对X和X/Ku波段高频率分辨率频率合成器总体技术方案进行了分析论证，采用DDS结合混频锁相的技术方案实现X和X/Ku波段高分辨率、低相位噪声频率合成器。DDS具有极高的频率分辨率，采用DDS作为锁相源的参考源，可以有效提高整个X和X/Ku波段混频锁相系统的频率分辨率;通过采取混频锁相方案，将射频信号与本振信号混频后的中频信号送入鉴相芯片，中频信号频率远低于射频频率，从而大大降低了分频比N，有效改善了由分频比引入的相位噪声。该方案将DDS的高频率分辨率和混频锁相模块低相位噪声的优点有机地结合在一起。系统联试实验结果表明，该方案是实现高分辨率、低相位噪声频率合成系统的切实可行的系统方案。
2、根据系统频率分辨率指标要求，研制了以AD9858为核心的DDS高分辨率频率合成器，解决了900MHz倍频链设计、DDS硬件设计、DDS杂散抑制、单片机控制程序以及与上位机交互等技术问题。实验结果表明，900MHz倍频链输出信号功率为-19dBm，输出频谱纯净，谐波抑制度在61dBc以上，杂散抑制度优于70dBc，可以为DDS高分辨率频率合成器提供高质量的时钟信号。DDS高分辨率频率合成器稳定输出频率范围为70～130MHz，频率步进1Hz，杂散抑制优于60dBc，相位噪声典型值为-140dBc/Hz@10kHz。在输出103MHz时的相位噪声约为-144dBc/Hz@10kHz，已接近技术手册给出的-150dBc/Hz@10kHz指标。该DDS高分辨率频率合成器可为后续X和X/Ku波段高分辨率频率合成系统的研制提供高性能的参考信号源。
3、在课题组原有9.6GHz以下频率的X波段混频锁相源的基础上，设计了有源环路滤波器取代原无源环路滤波器，拓展了该模块的工作频率范围，将该模块的输出频段范围扩展至9.6GHz以上。根据相位噪声指标要求，对X波段混频锁相模块的环路参数和环路滤波器进行了仿真优化及调试。X波段混频锁相模块采用ADI公司的鉴相芯片ADF4002，实测结果表明，该混频锁相模块的输出频率范围为9.7～10.4GHz，相位噪声典型值-107dBc/Hz@10kHz。在原有工作基础上，对采用ADF4112的X/Ku波段混频锁相模块进行了系统联调，解决了系统参数优化配置和单片机程序控制等技术问题，实测结果表明，该频率合成器输出范围为11.1～11.8GHz和12.2～12.9GHz，相位噪声典型值-100dBc/Hz@10kHz。
4、完成了X波段高分辨率频率合成系统的布局设计和集成联试。从系统小型化和工作可靠性的角度出发，完成了系统的布局设计，解决了DDS模块、X波段混频锁相模块、X波段VCO、单片机等模块之间的系统集成问题，以及电源布线、单片机控制线走线等问题，并通过数字模块和模拟模块的隔离，改善了系统的电磁兼容性，提升了系统的可靠性和稳定性，实现了系统的集成化。实测结果表明，该X波段高分辨率频率合成系统输出频率范围为9.7～10.4GHz，频率步进10Hz，相位噪声典型值-108dBc/Hz@10kHz。
5、完成了以DDS高分辨率频率合成器作为参考信号源的X/Ku波段高分辨率频率合成器的系统联调，解决了X/Ku波段高分辨率频率合成器与单片机的通信以及6GHz本振功率较低无法驱动X/Ku波段混频锁相模块等问题。实测结果表明，该X/Ku波段高分辨率频率合成器输出频率范围为11.1～11.8GHz和12.2～12.9GHz，频率步进10Hz，相位噪声典型值-100dBc/Hz@10kHz，满足系统指标，达到了预期的目标。