摘. . 要：高速跳频频率合成技术由于在抗干扰性、保密性能及多址组网性能等方面所具有的优势，使得其在多种通信系统中得以广泛应用，为提升我国通信技术发展做出了较为明显的贡献。本文以数字合成技术为基本出发点，设计较为简单的高速跳频频率合成技术方法，通过对其指标进行分析，确保设计方案能够达到可靠性要求，为相关应用提供参考。
关键词：跳频；频率合成器；合成技术
将直接数字合成技术应用于跳频频率合成器设计方案中，在理论研究和相关应用方面，已经较为成熟，但是由于其输出带宽较宽时，将会出现较为明显的杂散现象，由此对合成器的工作性能造成影响。
1?方案设计
方案设计目标是所研制的宽带高速跳频频率合成器输出频率带宽控制为 2.0GHz，步进≤ 1kHz。根据目前相关芯片应用水平，只有将 DDS（直接数字合成技术）芯片与锁相环结合设计，才能够确保输出频率达到工作要求。但是在采用单个锁相环方案下，无法完成 2个频率之间的实时切换，由此给合成器正常运行带来影响。因此在本方案中，先利用 DDS 实现窄带小步进高速跳频，然后基于双路锁相环频率合成器并行方案，利用射频开关进行切换，最终达到实现宽带大步进跳频方案。
2?方案实现
本方案设计的重点方面在于切换过程的良好转换，以此实现合成器的正常运行。其具体实现方式如图 1 所示。
图 1
从图中可以看出，合成器的主要组成部分包括参考源、取样锁相源、分频器、DDS 模块和频率合成器等。方案运行过程是先在 DDS模块中产生较为稳定的窄带小步进跳频信号，信号进入混频器。同时在取样锁相源分别输出 1 路和 2 路信号，并与 X 频段频率合成器所反馈的信号进行混频处理。在实现分频之后，能够较为明显地改善现有相位噪声现象。而另一路信号实现混频之后，所得到的滤波进行放大处理，能够在射频开关控制下，最终输出 X 频段的跳频信号。在整体系统运行中，运行性能主要依赖于频率合成器性能。因此在进行设计时，可以考虑利用将 VCO 反馈信号与 Ku 频段单点本振进行混频，更好地实现相位噪声的改善。同时还需要考虑环路内混频信号对VCO 输出信号的干扰，在必要情况下，可以利用加入放大器设备减少干扰现象 ［1］ 。在进行信号输出时，采用先放大再隔离的方案，避免出现负载牵引作用而造成的环路拉偏，进而对通信质量造成影响。
3?指标分析
3.1 跳频时间
在系统运行中，跳频时间与速率之间呈反比例关系，因此需要尽量控制跳频时间，以更好的提升合成器的抗跟踪干扰能力。跳频时间的主要限制因素为锁相环频率合成器的运行性能，在本设计方案中，设计参数要求评率锁定时间控制在 50μs，频率转换时间≤ 200ns，在设计中还需要留出对应的时间余量，避免由于射频开关切换和跳频信号转换造成输出不够稳定。根据上述参数要求，所选用的射频开关路间隔离度 >60dB，开关速度 <120ns，以此能够较好地满足系统运行要求。
3.2 相位噪声
在合成器处于锁定状态下，可以将合成器设计方案运行认为是线性运行状态，基于线性叠加原理，各个噪声源所产生的相位噪声功率谱密度加在一起，就可以得到总的相位噪声功率谱密度。在本设计方案中，根据公式计算结果，合成器带内相位噪声为 -94.8dBc/Hz@100kHz，带外噪声与 VCO 自身的相噪水平具有直接关系，必须从这方面入手进行控制。在高速跳频频率合成器所输出的本振信号中，其相位声主要受到 X 频段频率合成器相噪作用，同时 DDS 相位噪声和取样锁相源的相位噪声 ［2］ 。
3.3 杂散分析
杂散信号处理也是影响系统正常运行的重要因素，在本设计方案中，合成器的杂散信号来源主要受到三个方面因素影响，一是 PLL中出现的鉴相频率泄露；二是 DDS 系统原有的杂散信号；三是由于混频作用产生的杂散信号。其中最为主要的因素为 PLL 中的鉴相杂散信号，通过这方面的合理抑制，就能够较好地实现杂散控制。在目前技术条件下，多是利用压缩环路带宽的方式，将环路滤波器中的低通特性进行滤除，最终达到控制目的。但是在方案设计中，同样需要做好相位噪声和跳频时间参数控制，在综合考虑各方面因素的共同影响下，对滤波器的带宽和边带抑制度进行合理设计，以此确保各项杂散数据都能够达到设计要求，确保系统保持稳定的工作状态。
4 可靠性设计
4.1 应对复杂环境设计的必要性
高速跳频频率合成器应用场景多种多样化，应用环境较为复杂，因此在设计中不仅需要确保各项参数符合预设要求，并且要确保各项功能都能够在复杂环境下保持可靠运行。在设计方案中，需要考虑的环境因素主要包括振动现象、极端温度及电磁干扰现象等。这些现象出现的直接因素有所不同，对设备运行可靠性产生的影响也明显不同。要确保合成器能够应对这些复杂环境运行的要求，需要全面做好热环境、力学环境、电磁兼容环境及静电环境适应性设计。
4.2 散热功能可靠性
由于跳频频率合成器散热功能实现主要是依靠热传导方式实现的，因此在设计方案中必须要从几个方面出发，做好散热功能设计。
一是在设计方案中应当在确保系统正常运行的情形下，尽量选择功耗较小的配件。二是对于大功耗的元器件，应当尽量进行分散布局，确保均匀散热，避免在音质板中出现局部过热现象，或者是采用加装散热铜片的形式进行处理 ［3］ 。三是尽量在需要集中散热的部位加装散热通路，以有效确保散热水平保持通畅状态。四是对部分散热模块进行热隔离处理，尽量减少散热现象对其他元器件带来的影响。最后是要做好印制板等相关环节的质量控制，避免出现接触不良导致散热不均现象。
4.3 电磁环境下可靠性设计
如何在紧凑空间内实现电气电子线路的合理布局，有效降低电磁环境的负面影响，是高速跳频频率合成器设计中需要面对的重要问题。做好这方面的设计，需要从如下技术措施入手：一是做好正确的接地设计，必须采用单点接地与多点接地相结合的方式，避免出现信号在共地系统中出现相互干扰现象，避免地线环流现象的产生。二是要科学进行布线设计，依据不同信号特征，划分不同的设计区域，既要有效控地制环路面积，又要避免交叉干扰现象的产生。三是使用合适的带通滤波器，在有效提升抗干扰能力的同时，也能够尽量避免对其他设备干扰。最后是合理处理电连接及屏蔽处理，确保信号屏蔽功能达到最优化水平。
结束语
在本设计中提出一种高速跳频频率合成器方案，通过对其设计方案和运行可靠性要求进行分析，证明方案在整体上能够达到实际应用要求，在后续方案设计中，应当通过元器件参数和系统设计的进一步优化，达到更好的设计效果，为产品应用水平提升奠定良好基础。
参考文献：
［1］谢迟 , 倪文飞 , 毛飞 .C 波段宽带下变频型锁相高速跳频合成器[J]. 太赫兹科学与电子信息学报 ,2020,18(03):427-431.
［2］李琳 . 高速跳频系统中解跳及同步技术的研究 [D]. 杭州电子科技大学 ,2014.
作者简介：
罗柏明（1981-）男，汉族，广西平南县人，工程师，硕士研究生，从事射频收发信机研究与实现。
陈云刚（1982-）男，汉族，湖北罗田人，高级工程师，学士学位，从事无线通信方面的研究。
