频率源低杂散设计

马向峰：频率源低杂散设计　频率源低杂散设计　马向峰　（中国空空导弹研究院河南洛阳４７１００９）　●　摘要：频率源是现代雷达电子系统的重要组成部分，在雷达、通信、仪表和导航领域中都有着广泛的应用。频率源杂　

散性能是衡量频率源品质的一项重要指标，杂散性能直接影响了雷达接收系统的动态范围及捡测能力。通过对频率源杂散　产生的机理、途径进行分析，总结出频率源低杂散设计采取的技术途径及实现措施，取得良好的实际工程应用效果。．　关键词：频率源；杂散；滤波器；混频器　中图分类号：ＴＮ９１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—３７３Ｘ（２ＯＯ９）２１—０４０—０２　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｓｐｕｒｉｏｕｓｉｏｕｓ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｏｕｒｃｅ　ＭＡ　Ｘｉａｎｇｆｅｎｇ　（Ｃｈｉｎａ　Ａｉｒｂｏｒｎｅ　Ｍｉｓｓｉｌｅ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ，４　７１００９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｏｕｒｃｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｐｏｐｕｌａｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｒａｄａｒ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｐｕｒｉｏｕｓｉｏｕｓ　ｉｓ　ａ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｏｒ　ｔｏ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｏｕｒｃｅ，ｗｈｉｃｈ　ｓｈｏｕｌｄ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒａｎｇｅ　ａｎｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃａｐａ—　ｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｒａｄａｒ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｓｉｓ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｔＯ　ｇｅｎｅｒａｔｅ　ｓｐｕｒｉｏｕｓｉｏｕｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄ　ｓｕｍ—　ｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｗａｙｓ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａ　ｌｏｗ　ｓｐｕｒｉｏｕｓｉｏｕｓ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄ　ａｃｑｕｉｒｅｓ　ｇｏｏｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｅａ—　ｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ　ｈａｓ　ｖｅｒｙ　ｈｉｇｈ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｏｕｒｃｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｏｕｒｃｅ；ｓｐｕｒｉｏｕｓ；ｆｉｌｔｅｒ；ｍｉｘｅｒ　

杂散是频率合成过程中产生的不需要的频率分量，　是衡量频率源好坏的一项重要指标。由于频率合成通　常利用非线性来产生所需的新频率分量，在产生新频率　分量的过程中必然也会产生很多不需要的频率分量，这　些频率分量经滤波器等电路后往往不能被完全抑制。　尤其是频率合成过程中混频器的使用将产生大量的交　调、互调频率分量，不合理的设计将使滤波器无法有效　滤除交调、互调频率分量，其泄漏到输出端将形成丰富　的杂散分量。本文通过对频率合成过程中杂散产生的　途径及其抑制措施进行分析，并通过实际工程应用总结　出实现频率合成低杂散所采取的一些技术措施　。　

１频率源杂散分析　频率源杂散信号通过调幅、调频、调相形成，调制到　输出信号上产生杂散信号，或者进入混频器产生各种交　调、互调频率分量，一般有以下三种途径：　（１）外部干扰在频率合成过程中形成的寄生信号；　（２）频率源内部串扰产生的寄生信号；　（３）频率合成过程中产生的新寄生信号　】。　频率源杂散性能差将使雷达接收系统性能大大降　

收稿日期：２００９—０３—３１　４Ｏ　

低，严重时甚至会导致雷达接收系统无法工作。频率源　杂散对雷达接收系统影响如下：　（１）杂散与频率源本振信号自混频，产生虚假　信号；　（２）频率源杂散信号与强接收信号产生“倒易混　频”，形成接收机的虚假干扰信号；　（３）频率源杂散对雷达接收系统的选择性、动态范　围及检测能力均有一定的影响　］。　

２频率源低杂散设计　频率源设计过程中需根据频率源技术要求制定频　率源初步方案、频率源的结构形式、功能模块划分及电　磁兼容等，同时应进行频率设计、画出频率合成图，严格　计算每一个频率合成过程的交互调分量是否满足要求，　若不合适需进行调整。在频率合成方案频率设计完成　后进行信号通道之间的隔离设计，同时验证模块划分是　否合理，必要时进行功能模块调整。并初步计算杂散指　标，若不满足指标要求则应调整修正信号之间的隔离　设计　。　频率源低杂散设计过程中应着重关注混频比设计、　滤波器设计、隔离设计和电磁兼容设计，以期得到所需　２００９年第２１期总第３０８　的最佳低杂散信号输出。　２．１混频比设计　频率合成过程中混频器的设计非常重要，一般应选　择高隔离度、高三阶交调的混频器，目前较好的高隔离度　双平衡混频器在频率低端能达到５０～６０　ｄＢ的隔离。混　频过程中将会产生大量的交调、互调分量，在选择好的混　频器基础上混频比设计显得尤为重要。若混频器的输入　频率为＿厂１和　，则混频器输出频率为±ｍｆ　±ｎｆ。，ＹＹｔ，　为正整数，而有用频率为，　＋　或厂　一－厂ｚ，所以正确选　择工作频率使交调、互调频率远离有用频率，使滤波器　能较容易地滤除交调、互调频率信号，减小杂散输出。　考虑到滤波器性能的限制，一般ｔ昆频比最佳选取范围是　０．０５～０．１２或０．８５～０．９５。同时应适当减小混频器输　入信号幅度、使其远离混频器三阶交调截止点，可以显　著降低三阶及高阶交调产生的杂散。。ｊ。　２．２滤波器设计　频率源设计中通常需要使用窄带、高带外抑制的滤　波器，其带外抑制常常要求７Ｏ　ｄＢ以上，以尽量抑制无　用频率分量。信号频率在２　ＧＨｚ以下通常选用集总参　数的ＬＣ滤波器，具有体积小、价格低的特点；信号频率　在２　ＧＨｚ以上通常选用腔体滤波器，具有带宽窄的特　点，但其体积较大、价格较高。在电路设计中可以适当　配合使用微带滤波器、介质滤波器及晶体滤波器等，以　提高频率源的杂散抑制＿６］。　信号传输中若出现不匹配将产生反射，反射信号会　形成杂散干扰。滤波器前后的不匹配会大大降低滤波　器性能，混频器输入、输出不匹配也会降低混频器的性　能指标，因此电路中的匹配对降低杂散也非常重要。在　频率源设计中滤波器常常与混频器、谐波发生器、倍频　器及分频器等相连，这些电路都包含丰富的频率分量，　而带通滤波器的输入、输出阻抗为５Ｏ　Ｑ是指带内阻抗，　带外阻抗不一定为５０　Ｑ，滤波器在电路中对带外信号　的反射可能会很大，导致与其相连的前后级电路性能变　坏、同时也会导致滤波器自身性能变坏，因此滤波器使　用时应注意与前后级电路之间的匹配，需在滤波器与其　前后级电路之间加隔离措施。最简单有效的隔离措施　是加宽带衰减匹配，即在电路与滤波器之间加一个　５Ｏ　ｎ电阻衰减器，一般为２～３　ｄＢ即可。该衰减器作用　有两个，一方面起到宽带匹配的作用，另一方面对滤波　器前后级电路起到隔离衰减的作用　ｊ。　２．３　隔离设计　由于很多杂散来源于空间信号耦合及反向信号通　道，仅选择好的滤波器不一定就能获得输出杂散低的效　果。尤其是要求杂散抑制到７０　ｄＢ以上，不同频率信号　之间通道隔离好坏是杂散指标能否达到要求的关键。　在电路系统设计中为了满足输出杂散指标要求，一方面　需在不同频率信号通道问采用腔体隔离、滤波等措施提　高通道隔离；另一方面亦需提高反向信号通道隔离，可　采用加隔离器、定向耦合器及加衰减器再放大等方法。　从信号隔离的角度来看，用定向耦合器再放大耦合信号　比采用功分器好；从减小体积重量方面考虑，用兀型电　阻网络衰减再放大信号比用磁性隔离器要好　］。隔离　设计总结为以下四个方面：　（１）信号传输隔离：对微波信号加隔离器，通过使　用定向耦合器、滤波器等实现，对数字信号加驱动器、隔　离门、加射随器及采取良好的匹配设计等；　（２）信号反向隔离：反向串扰是频率源形成杂散的　主要原因，尤其是数字电路、混频器等反向干扰非常严　重，通常采取加隔离器、定向耦合器、衰减放大隔离等　措施；　（３）信号通道间隔离：信号通道间主要采取不同电　路模块化设计、并加强屏蔽、合理走线，以提高信号通道　间隔离度；　（４）数字电路与模拟电路问隔离：采取合理设计地　线、电源馈线等，数字电路与模拟电路尽量不要共用电　源、更不能共地，数字信号线与模拟信号线不能交匝在　起等措施【。ｊ。　２．４　电磁兼容设计　屏蔽措施对降低杂散也很有效。由于信号可通过　地电流的耦合、地线串绕和电源线之间的耦合及电源内　阻等途径相互串绕、形成杂散信号，要进一步降低输出　杂散，必须进行电磁兼容设计。电磁兼容可采用加强滤　波、屏蔽，科学接地、合理布线、正确馈电等措施。电路　系统中通常采用屏蔽措施或者用吸波材料降低空间干　扰以降低杂散。但传输信号电缆辐射往往被设计人员　所忽视，一般电缆的屏蔽效果只有６０　ｄＢ左右。所以在　低杂散设计和低杂散测量中绝对不能忽视。在要求　７０　ｄＢ以上杂散抑制时，必须选用频率效果更好的电缆．　并认真分析电缆线束的分布和走向等问题ｌ’　。　综上所述，实现频率源低杂散设计中不仅要求频率　源系统方案合理，还必须注意混频器混频比的合理分　配；并进行滤波器指标的合理分配、滤波电路的台理没　计；信号间的高隔离，特别需重视反串信号的抑制；要进　行电路电磁兼容方面的合理设计，电源滤波、接地合理、　信号匹配、屏蔽良好，才能最终实现频率源低杂散信号。　

３　结　语　在现代雷达、通信、导航、空间电子技术及仪器仪表　等电子系统中，频率源杂散性能的好坏直接决定了频率　（下转第４６页）　４１