摘 要： 介紹了一種利用倍頻的方法來改善DDS的上限頻率和雜散電平。首先對DDS的原理和雜散進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上提出了DDS倍頻模塊的原理方案。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)調(diào)試和測試，得到DDS的輸出頻率為198~220MHz，輸出功率為+8.0~+10.5dBm。
關(guān)鍵詞： 直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù) 晶體管 倍頻

近二十年來，隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種新的頻率合成技術(shù)--直接數(shù)字合成 Direct Digital Synthesize 技術(shù)。DDS的出現(xiàn)導(dǎo)致了頻率合成領(lǐng)域的第二次革命。DDS具有相對帶寬很寬、頻率捷變速度快、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可輸出寬帶的正交信號、可編程、全數(shù)字化和便于集成等優(yōu)越性能。但是它的全數(shù)字結(jié)構(gòu)造成了DDS的主要缺點(diǎn)：其一，根據(jù)取樣定理，輸出信號的頻率將低于參考時鐘的一半，故若要提高輸出頻率將受到器件如DAC、ROM的速度限制；其二，DDS輸出信號中雜散寄生分量大，其中輸出高頻尤甚，它無法達(dá)到PLL頻率合成的頻譜純度；其三，DDS的功耗與其時鐘頻率成正比，故在供電受到限制的場合且又要求有較高的頻率輸出，DDS就有局限性。如何克服限制DDS廣泛應(yīng)用的主要缺點(diǎn)，是當(dāng)前國際上DDS技術(shù)研究的主要課題。本文將利用倍頻的方法擴(kuò)展DDS的頻率上限和改善DDS雜散電平。

雷達(dá)信號中的應(yīng)用。為了降低雜散，不能完全利用DDS相對帶寬很寬的優(yōu)點(diǎn)，只能選擇DDS中一段雜散較低的有限帶寬，通過倍頻擴(kuò)展其上限頻率。這就是為了獲得寬帶信號波形采用DDS加倍頻的理由。
擴(kuò)展帶寬的方法有很多，可以利用倍頻器直接倍頻，乘法器倍頻，利用鏡像抑制混頻器分取上、下邊帶，利用DDS正交輸出合成，DDS與混頻器組合，DDS與鎖相環(huán)組合，以及多路并行DDS的方法。本文采用的是DDS直接倍頻的方法，下面詳細(xì)介紹這種方法。

與許多倍頻方式相比，晶體管倍頻具有電路簡單、動態(tài)范圍大、增益高、雜散諧波電平低等優(yōu)點(diǎn)，故在DDS倍頻電路中采用了晶體管倍頻的方案?；驹硎抢昧司w管在丙類工作狀態(tài)下，導(dǎo)致輸入信號波形的失真，從而產(chǎn)生它的各次諧波分量，然后通過后級選頻回路來提取所需要的諧波分量。在DDS倍頻模塊的晶體管倍頻電路中，選用了2SC3358作為倍頻用的晶體管，它是一種低相噪、高可靠、高穩(wěn)定性的晶體管，具有較大的動態(tài)范圍。下面將扼要分析晶體管倍頻的工作原理。
二倍頻電路中各級電壓與電流關(guān)系如圖5所示。

由于Vcmin相同，因此兩者的電壓利用系數(shù)ξ＝Vcmn/Vcc也相同?，F(xiàn)在從相同的iCmax與rCmin這兩個條件出發(fā)，來比較倍頻器與放大器的輸出功率與效率：
Pon=VcmIcmn=ξVCC iCmaxanθc (5)
Ηc===ξgnθc (6)
式中：gn==
由式(5)可見，n次諧波倍頻器的輸出功率正比于n次諧波的分解系數(shù)anθc。由圖5可以知道：
θc=120° a1θc=0.536) θc=60°
a2θc=0.276) (7)
因此為了倍頻器的輸出功率，在n=2時，θc應(yīng)取60°左右。這時與θc=120°時的放大器輸出功率相比較有：
==0.52≈(8)
由此可見，在采用通值角的情況下，二次倍頻器的輸出功率只能約等于它作為放大器時的1/2。
與此同時，由式(8)可以求出它的效率也隨著倍頻次
數(shù)n的增加而下降。
由以上的討論可以知道，隨著倍頻次數(shù)n的增加，它的輸出功率與效率下降。同時，n值越高，的θc值越小。為了減小θc，就必須提高倍頻器的基極反向偏壓-VBB。VBB加大后，基極激勵電壓Vbm也必須加大。對于晶體管電路來說，增加激勵電壓與偏壓，就可能使發(fā)射結(jié)的反向偏壓超過擊穿電壓VBREBO?；谝陨线@些原因，這種倍頻器的倍頻次數(shù)n通常不能超過3~4。因此，在DDS倍頻模塊中，倍頻次數(shù)選為2。
在完成方案和系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完成了整個DDS倍頻模塊的方案設(shè)計(jì)和PCB圖的設(shè)計(jì)。在完成制板和系統(tǒng)的裝配后，進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)試，得到了的測試結(jié)果。測試結(jié)果如下：
輸入頻率范圍：12.375~13.75MHz
輸入功率范圍：-25~0dBm
輸出頻率范圍：198~220MHz
輸出功率范圍：+8.0~+11.0dBm/輸入功率為
-9dBm時
雜散電平：≤-60dBc
諧波電平：≤-35dBc
相位噪聲：￡(1kHZ)≤-90dBc/Hz；￡(10kHZ)≤-100dBc/Hz
圖6、圖7給出用ADVANTEST R3465頻譜分析儀測出的幾個頻點(diǎn)的頻譜圖。

根據(jù)上述分析可以知道，當(dāng)型號為Stel-1175的DDS輸出信號頻率為0~20MHz并且功率為－25~0dBm時，DDS倍頻模塊擴(kuò)展的DDS上限頻率為198~220MHz，輸出功率為+8.0~+11.0dBm(典型輸入功率為-9dBm時)，雜散電平小于≤-60dBc，諧波電平小于≤-35dBc。由上面的指標(biāo)可以知道，DDS倍頻模塊可以滿足通信、雷達(dá)、電子對抗、導(dǎo)航、遙測遙控、電子儀器儀表等領(lǐng)域的工程應(yīng)用要求。
在電子對抗領(lǐng)域中，DDS倍頻模塊可作為跳頻保密通信系統(tǒng)和高穩(wěn)定、高純頻譜的雷達(dá)系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)激勵源和接收機(jī)的理想本振源，這樣可以提高跳頻速度和展寬跳頻范圍以提高跳頻通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力。