单片频率合成器的功能和应用设计方案
微波频率源是微波通信、微波测量及雷达技术中的重要部件，其相噪性能和杂散性能直接影响到系统的性能和可靠性。因此，寻求更低相位噪声、更高纯度频谱和更高稳定度的频率源成为目前发展的主要趋势。
l 系统主要指标及方案
1．1 系统的主要指标
输出频率范围：4 428～5 220 mhz；步进频率：36 mhz；相位噪声：≤一100 dbc／
（3）由于对输出在4 000～4 200 mhz带内的杂散要求比较苛刻，而最佳辅环点频为4 140 mhz，在腔体体积一定下，很难达到一70 dbc指标，故权衡辅环相噪的恶化程度，选择4 320 mhz作为辅环。
（4）为了防止辅环点频4 320 mhz作为杂散耦合到输出端，故采用功分器和将主环信号4 428～5 220 mhz通过两级放大作为混频器的本振，辅环4 320 mhz点频作为混频器的rf端。该方案选用36 mhz的低相噪恒温晶振作为两个环路的参考源，主环和辅环均选用hitttite公司的超低相噪模拟锁相环芯片hmc440，改善系统的相噪性能。辅环参考频率为36 mhz，输出4 320 mhz频点；主环参考频率为36 mhz，输出频率为4 428～5 220 mhz。经定向耦合器后再与辅环输出的频点混频到108～900 mhz，返回到主环鉴相器与参考频率做比较。所有的控制都由单片机来完成，根据外部数据的输入（bcd码）来进行相应的频率输出。
2 电路实现
在设计单片频率合成器的时候，最主要的工作就是设计频率合成器的环路带宽，使得频率合成器指标在相位噪声、杂散、调频速度和稳定性上等方面达到兼顾，实现最佳的综合性能。
2．1 最佳环路带宽
由于本项目没有要求跳频速度，所以环路带宽采用最佳带宽设计，使得相位噪声尽可能的好。频率合成器的输出噪声如下：
式中llp（jw）为锁相环芯片的噪声，lvco（jw）为vco的相位噪声，hn（jw）是被n规一化的环路滤波器的传递函数。由上式可以看出环路对带内噪声源呈低通过滤，故希望将环路带宽fc越低越好；但环路对vco呈高通过滤，又希望环路越宽越好。为了兼顾这一对矛盾，参考图2能够使两种相位噪声都得到合理的抑制，可以选择环路带宽fc在两噪声源谱密度线的交叉点附近总是比较接近于最佳状态的。但是考虑晶振噪声要恶化20log（n／r），所以实际带宽要略小一些。
2．2 主辅环电路设计
理论估算带内相噪估算公式（不考虑晶振的相噪）：
辅环的频率相对要高点，为了使系统混频后噪声不恶化，获得较低的相位噪声，这里选用hmc440鉴相芯片，该芯片属于模拟鉴相器，由hmc440技术资料上给出的一153 dbc／
由hmc440可推出锁相环芯片相噪为一233 dbe／hz，由上面式（2）可推出：
其中kd是鉴相器的鉴相灵敏度，这里hmc440的kd是0．286 v／rad，kψ是vco的压控灵敏度（rad／v），n是锁相环的倍频倍数。阻尼系数ξ为兼顾滤波器的过冲和衰减取0．707～1之间的一个值即可。这样只要c2取定一个值，就可以同时确定r1，r2。c1的引入主要为滤去鉴相器产生的谐波，其引入的极点应远离主极点，即这样环路滤波器就完全确定了。
3 硬件及实测数据
出于成本方面的考虑，主环的vco需要输出两个范围频率：4 428～4716 mhz和4 752～5 220 mhz，采用两个vco用开关进行切换。另外考虑到vco间的相互影响，可能产生许多杂散，本设计采用vco断电方式，保证在任一时间，只有一个vco工作，这样避免了他们之间的相互影响。
混频采用hmc218lp3无源混频器，由于是无源的，要求本振功率比较大，所以主环输出要经过两级放大器hmc3lllp3。在调试过程中发现，由于放大器的非线性，使本振的谐波分量增大，所以第二级放大器放大到10 dbm左右驱动hmc218lp3的lo本振端，避免放大器进入饱和状态。另外对辅环的点频4 320 mhz，通过调试当到达hmc218lp3的rf端口信号为一7 dbm左右时取得较佳的杂散和相噪指标。
相位噪声，杂散抑制，谐波抑制和输出功率均采用惠普公司的频谱分析仪hp8564e测量，在系统切换vco最差相噪点5 220 mhz处相位噪声可以达到一104．5 dbc／
4 结语
本文给出了c波段宽带低噪声频率源的一种方案，用主环驱动本振，试验测试数据表明此方案可行。相信经过认真设计，调试，完全可以达到预期目标。
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