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雷达信号模拟器可使用户通过交互式界面控制产生各种模拟雷达信号。本文提出了一种基于DDS技术的雷达信号模拟器的设计方案，采用DDS技术的波形产生电路产生的中频信号经过上变频电路，被搬移至所需工作频率，经功率放大后输出。将该方案应用于实际工程设计之中，结果证明该设计思路是行之有效的。
【关键词】雷达信号模拟器 DDS 上变频
雷达信号模拟器常被用于电子对抗技术研究、新型电子对抗设备研制和电子对抗部队训练之中。因此要求雷达信号模拟器工作频率范围大、精度高、频率转换时间短、能产生各种形式模拟雷达信号已成其研制的重要方向。
雷达信号模拟器主要功能包括：
（1）产生各种形式的模拟雷达信号，如常规脉冲、相位编码、线性或非线性调频信号等。
（2）通过控制码控制模拟雷达信号参数（如载频、脉宽和重频等）的变化。
1 雷达信号模拟器结构组成及工作原理
基于DDS技术的波形产生技术是一种较新型的数字波形产生技术，其具体工作原理将会在后面章节中进行详细介绍。同传统的模拟波形产生技术相比，DDS通过数字方式控制信号参数（如频率、相位），具有信号产生方便灵活，频率精度高、频率转换时间短及瞬时带宽较宽等优点，但同时也有输出信号频率范围有限的缺点。
本文介绍一种基于DDS技术的雷达信号模拟器的设计方案，因为采用DDS技术设计的波形产生电路输出信号载频的局限性，方案设计中还需考虑将波形产生电路产生的中频信号搬移到所需工作频段后将模拟雷达信号功率电平放大后输出。图1可以看出这种雷达信号模拟器由频率源、波形产生、上变频器和功率放大四部分组成。
频率源作为雷达信号模拟器的“心脏”部分，为系统提供所需的高稳定度和高精度的时钟信号和本振信号。
用户可通过交互式显控界面控制波形产生电路产生相应形式具有相应参数（除载频外）的模拟雷达信号。
因为采用DDS技术设计完成的波形产生电路存在输出信号载频受限的问题，对于波形产生电路输出信号无法满足使用要求的还需采用上变频技术将波形产生生成的中频信号搬移到所需的工作频段上。
为了获取高质量的模拟雷达信号，上变频电路输出信号的功率电平一般比较低无法满足最终的使用要求。因此必需将上变频电路输出信号的功率电平放大至能够满足使用要求，功率放大电路就是以此为目标而设计的。
2 基于DDS技术雷达信号模拟器的工程设计研究
2.1 波形产生设计研究
前面已经讲过雷达信号模拟器设计研究的重要方向就是能实时选择产生各种形式参数灵活可变的模拟雷达信号，采用DDS技术设计的波形产生电路恰能满足这一要求。
DDS的基本工作原理如图2所示。
从理论上讲DDS可以产生任意的信号波形，也就是说DDS技术可以直接对产生的信号波形参数（如频率、相位、幅度）中的一个、二个或三个同时进行直接调制。
以调频为例，对于一个DDS系统其输出频率由下式给出：
式中， k为频率控制字，fclock为DDS输入时钟频率，n为相位累加器的位数。对于给定的DDS，相位累加器的位数是一个固定值，当输入时钟频率设定后，其输出频率随控制字k而变化。所以只要使频率控制字k按照调制信号的规律进行改变就可产生所需要的调频信号；同时通过相位累加器和正弦函数表之间的数字加法器，可以实现对输出信号的精确相位控制。
采用DDS技术设计的波形产生可以通过控制码选择产生形式各异参数灵活可变的模拟雷达信号。但是因为DDS技术存在的输出信号频率范围有限的问题，对于需要产生超出波形产生电路输出信号频率范围的模拟雷达信号，只能通过上变频技术将波形产生输出的中频信号搬移到所需工作频段，这方面的内容将在后面章节中进行详细说明。
2.2 上变频和功率放大设计研究
变频顾名思义即频率的变换。变频是将载频为fC的信号变换为载频为fI的信号，这种变换保留了原信号的信号类型和除载频外的其他信号参数。工程中，将fI="fL-fC|称为下变频，它将射频信号搬移到中频频段，一般应用于接收系统。fI=fL+fC形式则为上变频，它将中频信号搬移到射频频段，也是本文设计中所采用的变频方式。
变频器是由具有非线性性能的器件组成，其输出的信号是一组载频不同的离散信号，其载频fI可以由下式计算得到：
fI=mfL+nfC （m、n是整数）
因为变频器输出信号载频的可预测性，在设计过程中可以根据设计要求选择适合的频率滤波器对除要求产生的载频信号之外的信号进行抑制，使其满足设计要求。
上变频电路输出的模拟雷达信号如果其功率电平无法满足最终使用要求，还需要在上变频电路后加入功率放大电路确保最终输出信号的功率电平满足使用要求。
2.3 频率源设计研究
频率源是电子设备中极为重要的组成部分，其性能的好坏直接决定电子设备的性能优劣。根据不同的合成方法，频率合成技术可分为直接频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成。
直接频率合成以一个或几个频率信号为基准信号，经过倍频、分频、混频等手段直接产生一系列离散频率信号，该技术具有频率稳定度高，变频时间短等优点，但也有杂散频率多，抑制难度大，结构复杂的缺点。
间接频率合成以锁相频率合成技术为代表，一个或几个参考信号通过谐波发生器、混频或分频等产生大量谐波或组合频率，使用锁相环电路将压控振荡器输出频率锁定在某一特定频率上，压控振荡器间接产生所需的频率信号。该方法具有频率稳定度高，杂散抑制好等优点，缺点是变频时间长，相位噪声差。
直接数字频率合成作为新一代的数字频率合成技术具有变频时间短、频率分辨率高、相对带宽较宽、输出波形灵活、可编程、易于单片集成等优点，因此得到广泛的应用，但是输出频带有限、杂散大和输出功率低等缺点也限制着其进一步的发展。
在工程设计中，需要根据设计要求综合对比各种技术优缺点选择适合的频率合成方式开展设计。通常情况下，频率源的设计方案不会仅选择一种频率合成方式，而是多种频率合成技术的综合应用来完成频率源的设计。
2.4 基于DDS技术的雷达信号模拟器设计原则
综合前面的论述，总结出基于DDS技术的雷达信号模拟器设计原则：
（1）控制码控制波形产生电路产生所需信号形式和参数（除载频外）的中频信号IF。
（2）中频信号IF和由频率源产生的本振信号LO进入上变频电路后使用频率滤波器滤除其输出信号中所需载频信号之外的其他信号，完成将中频信号IF载频的搬移，输出射频信号RF。
（3）功率放大电路将射频信号RF放大至满足要求的功率电平后输出。
（4）根据系统使用需要选择适合的设计方案完成频率源设计。
3 某型基于DDS技术的雷达信号模拟器的设计
该型雷达信号模拟器设计目标是：用户根据实际需求通过交互式显控界面实时控制设备产生形式各异参数灵活可变的模拟雷达信号（如常规脉冲信号，线形调频信号等多种信号形式，频率、脉宽、重频等信号参数）。其设计方案如图4所示。
3.1 波形产生设计
基于DDS技术的波形产生电路具有通用性强，电路简单、分辨率高、成本低等优点。随着DDS芯片的发展，现已能直接产生指标较高的几百MHz的输出信号。本方案中用户通过交互式控制界面控制波形产生电路产生所需波形形式和信号参数（除载频外）中频信号，其输出中频信号载频300MHz～400MHz，5MHz间隔。
3.2 上变频和功率放大设计
根据系统要求输出雷达模拟信号的中心频率为8850MHz～9650MHz，5MHz间隔，共161个频率点，波形产生电路直接产生的中频信号是无法满足信号载频的要求的，因此需要通过上变频电路完成对波形产生电路输出的中频信号载频的搬移。同时输出信号载频跳频的要求，选择全部由本振信号跳频完成的方案则会造成设计方案复杂，设备量大等的问题。因此载频跳频采用波形产生信号细变频（满足频率间隔5MHz的要求）和本振信号粗变频（满足工作带宽800MHz的要求）结合的方案实现。上变频输出的模拟信号还需通过功率放大电路将信号的功率放大至满足系统使用要求的功率电平后输出。
3.3 频率源设计
频率源设计目的是产生各种时钟信号和本振信号。本系统所需的时钟信号，可采用直接频率合成技术产生，选用100MHz晶体振荡器的输出信号作为基准信号，通过分频、倍频的手段产生全部时钟信号。
本系统频率源设计的重点和难点在于本振信号电路的设计，通过3.1和3.2章节中对系统输出信号载频要求的分析，本系统中选择的本振信号是控制码控制分时产生的8.5GHz～9.3GHz，100MHz频率间隔的一组离散信号。使用锁相频率合成技术设计的本振信号产生电路的跳频时间、相噪指标均能满足系统需求，同直接频率合成技术相比更具有设备简单，杂散抑制好的优点。因此在本系统中选择100MHz基准信号作为参考信号，采用锁相频率合成技术设计产生本振信号。
4 小结
基于DDS技术的雷达信号模拟器是一种用户可通过交互式界面实时控制产生所需模拟雷达信号的智能型雷达信号模拟器。通过对该类型雷达信号模拟器多年设计经验的总结形成的设计方法，将其应用于实际的工程设计之中证明该方法对于该类型雷达信号模拟器的设计是有指导作用的。
随着电子技术的飞速发展，未来雷达信号模拟器的研制将向着智能化，通用化，小型化发展，雷达信号模拟器的适用范围更宽，使用场所更多样，这也是未来雷达信号模拟器设计的主要研究方向。
参考文献
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作者简介
熊娜（1982-），女，甘肃省兰州市人。大学本科学历。现为中国电子科技集团第三十八研究所工程师。主要研究方向为接收系统和频率源设计。
作者单位
中国电子科技集团第三十八研究所收发技术研究部 安徽省合肥市
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