高精度数控微波移相器的设计概述②

包括 VCO在内的锁相电路负责把 VCO输出信号频率锁定在 ωI ,其相位则锁定在 < l + < ε ,其中 < ε表示锁定相误差 。 具体工作原理如下 : DDS2设11置分频比为 2 ,其输出信号频率为 ω l ,和 VCO输出′信号频率 ωI 进行单边带混频后(取上边带 ) ,得到′频率为 ( ω I+ωl ) 的信号 ,此信号再和输入信号 ω I 进′ ′行下混频 ,获得频率为 ωl = ( ω I+ωl- ωI )的信号 ,1 系统方案及工作原理系统实现方案的原理框图如图 1所示 。 为了便于突出基本原理的阐述 ,图中略去了实际电路中必不可少的滤波 、分配 、放大及控制等电路 ,信号的标记符号也略去了相应的幅度部分 。 其中 , OSC为输ω j t入信号源 ,它产生的载波信号记为 ec,输入精密移相器 (图 1 中 虚 线 框 内 ) 后 , 其 输 出 信 号 记 为eω jc t + < 0 + < Δω′l 信号和 ω l 信号经过鉴频鉴相器得到误差信号v ε ,然后通过环路滤波器控制 VCO至锁定状态 。ω′l 信号的相位表达式为 :< l= < vco + < I - < m I′′ ′( 3 ),其中相移 < Δ 表示信号在电路各部分传式中 < I 和 < m I 分别表示两次变频所引入的相位移 。环路达到锁定状态时 ,满足 ωI = ω I ,以及 :( 4 )< l= < l + < ε(3)、 (4)可知环路锁定状态下 VCO输 由 (2) 、出信号相位为 :11 ′π N / 224< vco= < m I / 2 + < d - < I + < m I + < ε + 2( 5 )′′输 、变换所造成的固定相移的总和 ,相移 是可控相移 ,可以在 0到 360°范围内以大约 0. 00002度的步长进行调节 。图 1精密微波移相器原理示意图(5)式中 ,除最后一项外 ,其余各项皆为常数 。因此 ,通过调整级联 DDS的相位控制寄存器 ,改变N 值 ,即可改变 VCO输出信号的相位值 ,调节精度π /224rad。 最后 ,VCO输出信号通过混频器变换 为 2ω j t+ < + <为 ec 0Δ,其中 < Δ 为相位可变量,取值为 < Δ =π N / 2 ; < 0 为固定附加相移 ,包括 < vco 固定相移和 2混频器附加相移 。此方案中 ,由于所有 DDS的分频比取值都是 2的幂 ,因此避免了 DDS的相位累加截断误差问题 ;同时 ,输出信号通过 VCO混频产生 ,有效地避免了DDS的信号杂散问题 。24输入信号 ec首先通过下变频器变换为中频ω j t + <eI m I ,其中 <m I 是变频引入的固定相移(中频频率选择为 21. 4MHz, 以便于选用滤波器 ) ,再经过 16次倍频后 ,获得频率为 342. 4MHz 的 DDS 时钟信号 。 DDS0对时钟分频 8倍 ,获得 42. 8MHz信号 ,经过滤波和整形之后 ,提供给 DDS1 作为时钟 。 之所以先要采取倍频措施 ,是为了使 DDS输出信号的镜像频率分量远离主信号 ,便于加以抑制 ,有利于采用滤波器在 DDS0的输出端提取较纯的主信号分量 。DDS1对时钟分频 4096倍 ,获得频率约为 104. 5kHz(ω l / 2π )的信号 。 若使 DDS0和 DDS1 的输出信号- 12π ×相位都以 2 2rad为最小步进调整 ,则在 ω l 频ω j t率上可获得以下相位的号S = eπ N /(2 12 ×j[ (ωI t+ < m I) /211 +22 12) +< d ]( 1 )图 2 实验电路照片 ( 背面 )式中 < d 表示倍频 、分频过程中所引入的附加相移 ,N 为整数 ,取值范围 ∈ [0, 224- 1 ] ,表示 DDS相位寄存器的取值 。 由 (1 )式分离出 ωl 频率上信号的相限信号的精密移相操作 。

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频率范围：4 - 6 GHz 
移相位数：6 bit
移相精度：1.5 deg
插损：5.0 dB
端口驻波：1.4 
寄生调幅：±0.4 dB

寄生调幅：±0.8dB

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