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电源纹波对频率源频谱纯度的影响

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  摘 要:雷达接收机中,频率源是非常关键的,当前由于在雷达目标探测方面的能力要求进一步加大,在频率源频谱纯度方面的要求也在逐步提高,在此过程中主要需要对相位噪声等进行有效的控制。
  关键词:电源纹波;DDS;频谱纯度;转换电压;影响
  1 电源纹波对频谱纯度的影响
  在实际操作的过程中,频率源需要使用的电源可以分为两种,也就是低压线性电源以及开关电源。和這两种电源实现技术相比,线性电源是一种不需要进行高频开关工作的器件,因为其具有较为简单的结构而且输出的纹波相对较小(<5 mV)等诸多优点,在输入滤波工作较为完善的情况下不会出现高频干扰噪声。但是开关电源因为在操作的过程中使用了高频开关电路,这样就会导致在直流电压输出的过程中出现较大的纹波(>50 mV),所以在输出端需要进行稳压管的设置,这样能够进一步对纹波的情况进行改善。
  电源干扰造成的频谱纯度的影响,主要是因为在变压器和整流后出现的一些叠加纹波电压分量,需要利用合理的方法调制基准信号,特别是调制晶振频谱而造成的相位噪声恶化以及杂散谱的情况。这种噪声在操作的过程中是近端干扰噪声的一种,在晶振信号的噪声基底直接作用。与此同时,在放大和分频晶振信号的时候,可能会由于没有进行合理的滤波设计,造成传导干扰的出现而对输出信号的相位噪声和杂散产生影响。使用,在进行电路设计的过程中一定要重视对电源滤波工作进行加强,以便对电源纹波进行抑制。
  2 频率源受电源纹波影响的理论分析
  2.1 全相参直接合成频率源
  电源纹波会在工作的过程中直接影响基准信号,在进行操作的过程中最终导致频率源的相位噪声出现较大的影响,主要是发出的信号在使用倍频器以及放大器处理后,因为在操作的过程中信号和噪声在放大特性方面具有较大的区别,所以在放大了工作频率后,导致噪声的基底变高,这样就会导致杂散纹波在经过调制后会逐步抬得。在操作的过程中干扰会逐步被放大,导致最终影响整个系统的工作效率。
  2.2 数字锁相频率源
  数字锁相频率合成器主要是利用锁相环(PLL)来进行工作的,主要是为了锁定振荡器的输出频率。在锁相环实际进行工作的时候,因为电源纹波的影响,可能会干扰晶体振荡器近端噪声,这样最终导致的结果是振荡器的相噪性能出现恶化的情况。这些干扰不单单可能会导致相位噪声出现恶化的情况,更会造成调制、放大后产生调幅或调频杂散的问题,导致锁相环路失锁,最终造成频率源无法有效地进行工作。
  通常来说,这些纹波干扰无法通过理论的方法进行计算,但是由于这些纹波干扰和电路设计具有一定的关联,所以可以进行相应的优化,比如说,在实际操作的时候,处理小于锁相环自然频的噪声或纹波的过程中,可以利用软件进行操作对环路带宽来进行调整,这样就可以对纹波进行抑制。但是,在实际操作的过程中,电源上的频率往往会比锁相环自然频率的噪声或纹波大,这样如果没有进行合理的处理,就会导致压控振荡器的输出端出现相位抖动的问题,导致一些杂散频谱分量的出现。所以,需要对压控振荡器进行处理,使其与低噪声、低纹波稳压器尽量靠近,通过这样的方法来对供电电路进行处理。
  2.3 直接数字合成频率源
  直接数字频率合成器(DDS)主要是通过稳定的晶体振荡器(参考源),来对DDS的各组成部分进行同步。DDS的输出信号相位噪声会进一步得到改善。但是因为DDS的工作频率通常条件下比较低,与此同时,在杂散方面又非常严重,雷达系统中往往通过DDS+PLL进行结合的方法,或者是通过DDS结合直接频率合成技术的方法进行合成器的设置。这样就可以有机地结合DDs技术和PLL频率合成技术,通过低频的DDs源对PLL系统进行激励,通过PLL环路进行倍频操作,让DDS信号进行倍频,符合高频信号发出的需要,通过滤波器将DDs输出信号杂波干扰去除。
  3 实验测试
  利用仿真的方法可以对电源纹波干扰进行判断,是在频谱分析端产生的杂散谱。如此,为了对电源纹波影响频率源杂散指标的实际情况进行分析,在实验室的条件下,让不同的纹波电压值改变,通过这样的方法对电源纹波和杂散之间的数据进行处理。控制测试过程中的信号是10 GHz,在输入的电压方面控制为±5V、+15V。设置纹波电压在10mV到50 mV之间,可以通过开关电源对其进行调节。频谱仪主要使用的是Agilent E4440A。在选择被测频率源的过程中,主要选择了5个直接合成源,以及5个数字锁相源,具体的数据如下表所示。外加变化的纹波信号后导致杂散指标出现了更为严重的变化,通过对比相关的实验数据可以发现,电源纹波会对频率源杂散的情况产生较大的影响,通过分析数据,发现通过锁相源进行电路的合理设计,能够进一步对干扰进行抑制。
  4 结束语
  伴随当前雷达在工作频率方面进一步提高,设计的过程中越来越重视模块化设计,开关电源在实际使用的过程中具有更为明显的优势,想要对较大的电源纹波进行抑制,可以通过多级稳压电路来进行操作。
  参考文献:
  [1]鞠文耀.用于雷达接收机的开关电源的低纹波设计[J].现代雷达,2001,10(27):81-82.
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