基本介紹
- 中文名：捷變頻信號發生器
- 類型：一種信號發生器
- 套用：用於偵察接收機、新體制雷達等
基本概念,基本工作原理,主要實現方法,採用的新技術,主要技術指標,典型套用,
基本概念
捷變頻信號發生器的頻率轉換時間目前並無嚴格規定，一般認為頻率轉換時間小於1ms。隨著電子對抗技術的發展，對頻率轉換速度要求越來越高，對捷變頻信號發生器的定義也越來越嚴格，頻率切換時間一般為幾十微秒，最快達到幾十納秒。
基本工作原理
主要實現方法
捷變合成信號發生器的技術方法主要有三種：直接模擬頻率合成、間接頻率合成、直接數字頻率合成法。
早期的捷變合成信號發生器多採用直接模擬頻率合成法，這種技術使用可大量的高穩晶體振盪器，通過混頻、倍頻、分頻、帶通濾波等方法，獲得所需的最終頻率。其顯著特點是頻率切換速度快、相位噪聲低、輸出頻率高、工作可靠，是比較理想的模擬捷變合成信號發生器，在解決了相位相關性後，估計在電磁環境模擬器中會得到更加廣泛的套用。但需要大量的晶體振盪器、混頻器、倍頻器、分頻器和窄帶濾波器，造成設備體積龐大、造價高、難以集成，而且雜散信號難以濾除。現在的捷變合成信號發生器已很少採用。
間接頻率合成法也叫鎖相環路法，在採用數字分頻器後，特別是採用小數分頻及相位抖動消除技術後，製作技術產生了質的飛躍，由於容易實現程控分頻，只需很少濾波器，體積小，功耗低，因此得到了廣泛的套用。鎖相環路由於受到參考頻率和環路頻寬的限制，在頻率分辨力、頻率轉換時間和頻譜純度等指標之間不能兼顧。當需要兼顧時，會引起環路的增加，結果增加了電路複雜程度、體積和儀器成本。
隨著現代電子、微電子技術的發展，直接數字頻率合成法採用全數位技術，從相位的觀點進行頻率合成，它的主要優點是：頻率分辨力高，可以做到毫赫，即零點零零幾赫；頻率轉換速度快，一般可做到20ns；相位噪聲低；容易實現各種高性能的數字調製。其主要缺點是：雜散輸出較大；最高輸出頻率較低，約為時鐘頻率的40%。
隨著電子對抗技術的不斷發展，跳頻電台及技偵設備要求合成信號發生器的轉換速度快、跳頻範圍寬、頻率步進間隔小、頻譜純度好，而且要求提高輸出頻率。綜合間接頻率合成（即鎖相環路）和直接數字頻率合成的優勢，採用DDS與PLL相結合的方法，可滿足設備對合成信號發生器的要求。
採用的新技術
1、利用單環寬頻鎖相環路技術的捷變頻信號發生器
在頻率分辨力、頻率轉換時間和頻譜純度等指標之間是不能兼顧的，需要採用多環結構或小數分頻頻率合成技術，而小數分頻技術帶來了很大的寄生調頻和相位噪聲，需要減小環路頻寬和進行相位誤差補償，而這些和快速頻率轉換都是相衝突的。所以，快速頻率轉換和微小頻率間隔在單環路頻率合成器中是很難實現的。近年來，隨著異質結雙極電晶體、寬頻移相器、寬頻壓控振盪器技術的發展，使得設計製造具有微小頻率間隔寬頻快速跳射頻/微波頻率合成器成為可能。
近年來，通過採用砷化鎵異質結雙極電晶體先進工藝製作技術，使得分頻器工作到了微波頻段。例如，惠普公司能夠提供高達12GHz甚至18GHz的固定分頻器，並可採用廉價的SSOP-8表面封裝。Rockwell Collins公司製作的程控分頻器最高輸入頻率可達5GHz,且輸出的剩餘噪聲在10kHz頻偏時可達-150dBc/Hz以下。微波寬頻VCO和寬頻的固定、程控分頻器使單環路微波頻率合成器的製作成為可能。而快速跳頻能力或快速頻率轉換主要取決於環路頻寬，這裡採用高頻率參考，拓寬了環路頻寬，保證了快速頻率轉換。
2、 利用寬頻鎖頻環路技術的捷變頻信號發生器
這裡介紹一種高性能的捷變頻信號發生器，利用鎖相環路和鎖頻環路相結合的特點，實現快速而精確的跳頻輸出。單環路小數分頻鎖相環路實現高分辨力的頻率合成，延遲線鑒頻器鎖頻環路利用調頻信號誤差穩定VCO輸出頻率，降低調頻噪聲。鎖頻環路固有的幾兆赫的環路頻寬，減少了頻率轉換時間，被用做快速頻率切換或跳頻信號輸出。
如圖1-1所示，鎖相環路輸出合成射頻信號為鎖頻環路的校準提供了穩定的輸出頻率，鎖頻環路最終鎖定於鎖相環路輸出頻率上。此時，鎖頻環路的調諧電壓被測量，並經過A/D轉換後，將轉換數據存儲於快速跳頻RAM中，稱為跳頻的學習校準。在學習校準過程中，在跳頻序列中的每一個頻率設定電壓都被測量並存儲於不同的存儲器地址單元中。這些設定參數包括VCO預調電壓、鎖相環路增益補償、鎖頻環路增益補償。通過環路增益補償，消除各種因素引起的頻率靈敏度的變化，使環路在整個頻率範圍內達到充分一致的環路增益。跳頻時通過調用快速跳頻RAM中的存儲數據，並經D/A轉換後，調諧鎖頻環路，使VCO輸出頻率與原始的合成信號頻率的誤差處於微小的可接受範圍內。
圖1-1 寬頻鎖頻環捷變頻信號發生器原理框圖
圖1-1 寬頻鎖頻環捷變頻信號發生器原理框圖產生跳頻輸出的有效途徑為：首先通過前面板或後面板輸入接口，設定所需的跳頻信道和跳頻序列，鎖頻環路通過學習校準，存儲每個頻率點的設定參數。當接到跳頻觸發命令時，關斷鎖相環路，只接入鎖頻環路。這些設定參數重新輸入到鎖頻環路，調諧鎖頻環路產生期望的跳頻輸出。所以，跳頻輸出信號不是相關的合成信號，但是頻率穩定的輸出信號。在頻率轉換時間和頻譜純度指標處於同等數量級的頻率合成器中，利用延遲線鑒頻器鎖頻環路可以大大降低成本和複雜度。
3、 跳頻輸出時的幅度控制技術
頻率轉換時間主要由環路頻寬決定，實際上也直接受幅度開關時間的控制，一般頻率轉換完成的幅度要求定義為在新頻率點上輸出幅度上升到設定值的90%時。幅度開關時間不能直接控制，但通過穩幅環路頻寬的控制能影響幅度開關時間。跳頻時，穩幅環路可以處於開環或閉環工作狀態。閉環工作時，幅度開關時間較長，但具有較好的頻譜潑散，較高的輸出幅度精度，較好的調幅線性。開環工作時，輸出幅度特性剛好相反。跳頻時，輸出幅度範圍由快變衰減器的工作範圍決定，通常幅度開關時間是輸出幅度範圍的函式，輸出幅度範圍變化越大，開關時間越長，隨著幅度衰減量的增加，輸出幅度精度將降低。
在跳頻間隔，輸出幅度關閉，如同脈衝調製。由於輸出幅度的瞬變，載波的能量按(sinx)/x波形包絡分布。在脈衝調製時，對此並不關心。當跳頻時，由於潑散的頻譜會落入鄰信道，從而引起鄰信道通信的中斷。為了避免上述問題，跳頻時輸出幅度關閉，同時嚴格控制幅度瞬變的形狀，自動減小幅度突變。
如圖1-2所示，當輸出幅度關閉時，內置定時裝置控制穩幅環路使輸出以一定度率步進衰減，經過幾微秒後，輸出幅度衰減了幾十分貝，這時脈衝調製器開始工作，輸出幅度繼續衰減幾十分貝。當輸出幅度打開時，定時控制正好相反，脈衝調製器首先打開，然後控制穩幅環路逐漸返回原值，這種漸變大大減小了頻譜潑散。如果穩幅環路開環工作，這時只有脈衝調製器起作用，頻譜潑散將增加，而跳頻速率也稍許增快。
圖1-2 跳頻時輸出幅度形狀的控制
圖1-2 跳頻時輸出幅度形狀的控制主要技術指標
捷變合成信號發生器除具有靜止條件下的常規技術指標（包括頻率、頻譜純度、輸出特性和調製特性）外，還規定了快速變化條件下的技術指標，包括捷變頻狀態下的頻率特性、輸出特性、調製特性以及快速跳頻控制特性。
捷變頻狀態下的頻率特性包括頻率跳變範圍、頻率轉換時間、跳頻頻率準確度、跳頻頻譜純度等指標。
捷變頻狀態下的輸出特性包括跳頻幅度輸出範圍、跳頻幅度準確度、跳頻幅度開關時間等。
一般捷變合成信號發生器在快速頻率跳變時仍具有一定的調製能力，包括具有內外AM、內外FM和同時AM/FM的能力，有些還具有數字調製能力。滿足跳頻狀態下對複雜射頻信號的仿真，這些對跳頻電台、偵察接收機和現代新體制雷達的性能測試是非常必要的。
快速跳頻控制特性主要包括最大信道數、最大序列數、跳頻速率、駐留時間、跳頻的定時控制和同步等。
典型套用
一般的捷變合成信號發生器可滿足靜止和捷變兩種測試能力的需求，且具有複雜調製功能，可以模擬跳頻狀態下的複雜射頻信號。除了滿足常規的器件、參數測試外，還廣泛套用於跳頻電台、偵察接收機、新體制雷達、衛星、地面和移動通信系統。
一個性能良好的捷變合成信號發生器充當複雜信號的激勵源，可以滿足接收機幾乎所有的測試要求，測試指標包括選擇性、靈敏度、交調和失真等。快速的頻率轉換和信號模擬可降低測試成本，節約測試時間。某些高純信號發生器還可作為相位噪聲測試參考源和通信系統、雷達系統的本振源。
目前各種不同性能的通信對抗和雷達對抗系統陸續使用，具有跳頻技術特點的戰術無線通信系統，空空、地空通信系統，無線接力通信系統及其偵察設備的性能測試，和具有頻率捷變技術特點的雷達探測系統及其偵察設備的性能測試，都離不開捷變合成信號發生器。
圖1-3 跳頻電台基本原理框圖