常用的跳頻頻率合成器方案比較

1.1 直接頻率綜合
直接頻率綜合技術(shù)的典型工作原理是將高穩(wěn)定度的晶體振蕩器輸出的頻標(biāo)信號(hào)通過(guò)諧波發(fā)生器產(chǎn)生梳狀頻譜信號(hào)，并用濾波器取出所需要的頻率成分，再將它們進(jìn)行組合混頻濾波，經(jīng)電子開(kāi)關(guān)切換得到最終的跳頻信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短；相位噪聲低；輸出信號(hào)頻率較高。缺點(diǎn)是頻譜雜散較難抑制，隨著跳頻點(diǎn)數(shù)增加，硬件的復(fù)雜度呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，相應(yīng)的體積和重量也較大。

1.2 鎖相環(huán)頻率綜合
與直接頻率綜合技術(shù)不同，采用鎖相環(huán)頻率綜合技術(shù)的頻率合成器可以輸出較多的頻率點(diǎn)數(shù)，頻譜雜散分量較少，相位噪聲也較低，硬件比較簡(jiǎn)單。它的工作原理是將壓控振蕩器產(chǎn)生的射頻信號(hào)和晶體振蕩器輸出的參考信號(hào)分別進(jìn)行分頻，得到兩個(gè)頻率近似相同的信號(hào)，并送到鑒相器比較出誤差信號(hào)，誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后，控制壓控振蕩器，使壓控振蕩器輸出的射頻信號(hào)保持穩(wěn)定。它也易于得到較高頻率的信號(hào)，但是，采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)的頻率合成器應(yīng)用于高速跳頻系統(tǒng)最大的弱點(diǎn)是其頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，從數(shù)十微秒到幾百毫秒之間，這對(duì)于某些超高速跳頻系統(tǒng)而言，已經(jīng)不能滿足頻率駐留時(shí)間的要求。

1.3 直接數(shù)字頻率綜合
直接數(shù)字頻率綜合技術(shù)，是一項(xiàng)基于大規(guī)模數(shù)字集成電路的技術(shù)。它是在外部控制命令下，直接由查表得出當(dāng)前所需要的頻率和相位碼，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。它主要的特點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換快，頻率點(diǎn)數(shù)多，而且頻率分辨率很高。但是，由于數(shù)字集成電路速度和奈奎斯特原理的限制，其輸出信號(hào)頻率不高，輸出信號(hào)頻譜雜散也較大，在較寬的工作范圍時(shí)，不能達(dá)到實(shí)用要求。
三種頻率合成技術(shù)的技術(shù)特性如表1所示。從表中可以看出，采用單一的頻率合成技術(shù)，目前都難以達(dá)到所需超高速頻率合成器的要求。因此必須采用它們的組合形式，取長(zhǎng)補(bǔ)短。組合方法常用的主要有DDS+PLL頻率合成和DDS+DS頻率合成方法，下面分別介紹。

表1 三種頻率合成技術(shù)的技術(shù)特性

1.4 基于DDS的組合式跳頻頻率合成器
1.4.1 DDS+PLL頻率合成方法
1) DDS激勵(lì)PLL的間接頻率合成方法[1, 2]
將PLL設(shè)計(jì)成N倍頻環(huán)，DDS輸出通過(guò)帶通濾波器BPF直接作為PLL的參考信號(hào)。
DDS和PLL結(jié)合后，通過(guò)合理地選擇頻率控制字K、系統(tǒng)時(shí)鐘fc以及可變分頻比N，可以將DDS輸出頻率倍頻到合成器工作頻段。加入帶通濾波器可以有效地抑制DDS的寬帶頻率雜散。系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 DDS激勵(lì)PLL系統(tǒng)方案原理框圖
2) PLL內(nèi)插DDS系統(tǒng)方法[1]
DDS激勵(lì)PLL的間接頻率合成方法，DDS輸出的帶內(nèi)雜散經(jīng)過(guò)倍頻后，存在著頻譜純度惡化的缺點(diǎn)。為充分發(fā)揮PLL頻譜純度高的優(yōu)勢(shì)，避免DDS雜散多的弱點(diǎn)，利用高精度的晶體振蕩器作為PLL參考頻率源。

系統(tǒng)原理如圖2所示，圖中PLL作為系統(tǒng)核心，輸出合成的頻率，DDS插入到鎖相環(huán)內(nèi)，與VCO輸出混頻后反饋至PD。

圖2 PLL內(nèi)插DDS系統(tǒng)原理框圖
雖然該方案避免了DDS輸出的帶內(nèi)雜散倍頻后頻譜純度惡化的問(wèn)題，頻譜純度優(yōu)于DDS激勵(lì)PLL方案。但是，在反饋支路內(nèi)引入混頻器和帶通濾波器，增加了電路復(fù)雜度和調(diào)試難度。
由于DDS+PLL頻率合成方法都是基于鎖相環(huán)系統(tǒng)，它是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間一般要長(zhǎng)達(dá)幾十微秒以上，因此DDS+PLL的實(shí)現(xiàn)方法的系統(tǒng)輸出頻率捷變速率不高，不適合高速跳頻頻率合成器的技術(shù)要求

1.4.2 DDS+DS頻率合成方法
DDS與DS相結(jié)合，利用模擬倍頻器替代PLL，克服了DDS＋PLL頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)的弱點(diǎn)。在該方案里，用DDS作為頻率合成器核心部件，產(chǎn)生足夠多離散頻點(diǎn)，然后利用多個(gè)倍頻器和濾波器組成的倍頻鏈提高DDS輸出頻率，同時(shí)拓展了DDS輸出帶寬。系統(tǒng)方案原理如圖3所示。圖中插入帶通濾波器抑制帶外的雜散，提高了頻譜純度。

圖3 DDS＋DS系統(tǒng)方案原理框圖
盡管本方案帶通濾波器只能濾掉帶外雜散，帶內(nèi)雜散經(jīng)過(guò)倍頻后造成頻率純度有所惡化，但是DDS+DS方法在頻率轉(zhuǎn)換速率比DDS+PLL方法更具有優(yōu)勢(shì)，有利于高速跳頻合成器的實(shí)現(xiàn)。然而，在保證頻率高速切換前提下，如何提高頻率合成器的頻譜純度是本方案實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。