直接数字频率合成技术的线性扫频研究及应用

摘要

DDS(Direct Digital Synthesis)作为新一代频率合成技术，发展迅速，优势明显，已经在军事和民用领域得到广泛应用。例如，现代雷达领域的捷变频雷达、有源相控阵雷达、低截获概率雷达、合成孔径雷达(SAR-Synthetic Aperture Radar)，通信领域的跳频通信、扩频通信，电子对抗领域的干扰和反干扰，仪器仪表领域的各种合成信号等。面对当前DDS产品广阔的市场以及应用前景，研究DDS具有很大的现实及长远意义。 随着现代雷达领域对测距精度和距离分辨力要求的不断提高，LFM(LinearFrequency Modulation)信号对带宽和时宽的要求也越来越高，传统的通过线性锯齿波电压控制压控振荡器(vco)，或者利用声表面波(SAWD)色散延迟线产生LFM信号的模拟方法已经不能满足高精度、大时带宽积的要求。因此，如何产生宽带高扫频线性度的LFM信号已经成为一个重要课题。用DDS产生高线性度的线性调频信号，再利用变、倍频等模拟环节来获得宽带LFM信号的方法以其独有的优势日益受到重视，并逐步得到广泛应用。 本文阐述了频率合成技术在现代电子系统应用中的重要性；介绍并分析了几种主要频率合成技术的基本特点，并对其性能进行了比较；综述了现代频率合成技术朝着系列化、小型化、模块化和工程化方向的发展趋势；着重叙述了直接数字频率合成技术(DDS)的发展和进展。接着进一步介绍了DDS的基本工作原理及特性，指出了其优缺点，重点分析了DDS的杂散来源和改善措施。另外，通过对扫频线性度的分析和AD公司DDS芯片的比较，给出了合理挑选DDS芯片的原则和方法。 本文在对频率合成器的各种实现方法的性能进行分析和比较后，最终采用了DDS+PLL方案，该方法将直接数字频率合成的高频率分辨率、捷变频特点与锁相环路的宽频带、谱质好优点有机地结合起来。本文两课题用DDS产生高线性度的线性调频信号，用PLL扩展线性调频信号带宽，从而得到宽带的LFM信号。 本文两课题选用了美国AD公司的．AD9958 DDS芯片和ADF4106 PLL芯片，完成了具体电路的设计、PCB布局，并进行了精心地调试。测试结果表明采用DDS+PLL方案，LFM信号线性度、频率转换速度、相噪、杂散等性能指标均能够满足系统指标的要求。最后给出了电路设计中应该注意的问题和一些改善系统性能的建议。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录，表目录，缩略语

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1研究背景和意义

1.2本文的主要工作

第二章频率合成技术

2.1频率合成技术的意义

2.2频率合成技术的发展和现状

2.2.1直接频率合成

2.2.2间接频率合成

2.2.3直接数字频率合成

2.2.4混合频率合成

2.2.5频率合成技术的主要性能指标

2.3直接数字频率合成技术的发展和现状

2.3.1直接数字频率合成的可编程逻辑器件(PLDs)实现

2.3.2直接数字频率合成的DSP实现

2.3.3专用DDS芯片

第三章直接数字频率合成技术-DDS

3.1直接数字频率合成技术的原理

3.2直接数字频率合成技术的基本结构

3.2.1波形存储器

3.2.2数字模拟转换器-DAC

3.3直接数字频率合成的特点

3.4 DDS频谱分析和杂散抑制方法

3.4.1理想DDS频谱分析

3.4.2直接频率合成技术杂散成因及分析

3.5杂散抑制方法

3.5.1波形压缩存储技术

3.5.2抖动注入技术

3.5.3平衡DAC结构

3.6小结

第四章DDS器件选择

4.1 DDS器件的线性扫频特性

4.1.1扫频非线性度分析

4.1.2扫频参数计算

4.1.3扫频模式比较

4.2 AD公司DDS器件性能比较

4.3结语

第五章DDS的应用设计1-导引头

5.1频率合成器指标与系统方案设计

5.1.1频率合成器指标

5.1.2频率合成器方案设计

5.2 DDS输出频段的选择

5.3主要器件介绍

5.3.1直接频率合成芯片AD9958

5.3.2放大器SNA386

5.4 DDS输出频谱测试及分析

5.5注意事项

第六章DDS应用设计2-高度表

6.1频率合成器指标与系统方案设计

6.1.1频率合成器指标

6.1.2系统方案设计

6.2锁相环环路设计

6.3主要器件介绍

6.3.1直接频率合成芯片AD9956

6.3.2间接频率合成芯片ADF4106

6.4接口电路及软件实现

6.5 DDS输出频谱测试及分析

6.5.1 AD9956方案

6.5.2 AD9958+ADF4106方案

6.6注意事项

结束语

致谢

参考文献

个人简历

作者攻硕期间取得的成果