毫米波具有频带宽、短波长、抗干扰能力强和保密性好等优点,已经成功应用在火控雷达、精密雷达跟踪、导弹末端制导、直升机防撞以及毫米波通信等领域。毫米波频率源作为雷达通信系统核心部件之一,其性能好坏对系统发射信号质量以及接收机噪声系数、灵敏度和信噪比等关键指标有着重要影响。基于此,本文采用一种全新设计方法,利用混频和混频锁相环进行频谱搬移和相位锁定,设计并实现了一款低相噪、低杂散、窄步进,采用脉冲压缩体制的线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)相参毫米波雷达频率源。本方案中充分利用直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesizes,DDS)、锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)技术以及FPGA技术等各自性能优势,有效降低了各级变频本振信号和可变脉冲信号产生的难度,又在输出频谱和跳频时间等关键指标上取得了较高的综合表现,并且通过引入DDS有效缓解了锁定时间和输出频率分辨率矛盾。提出了通过改变DDS输出频率、PLL参考分频比R和环路分频比N的多重调节方法,对DDS杂散进行有效抑制,保证了输出频带内高杂散抑制度的要求。论文的主要研究内容如下:(1)总结了毫米波频率源技术国内外研究现状和发展趋势,回顾了频率合成技术的发展历程,并对其性能指标进行了相应的比较,分析了DDS和PLL的工作原理及特性。(2)对现下比较流行的三种混合式频率合成技术DDS激励PLL、DDS与PLL环外混频、PLL内嵌DDS方案进行了相应的理论论证和指标分析,总结出了其各自的优缺点,并在此基础上提出了一种能够充分满足本课题指标要求的设计方案,即采用DDS与PLL环外混频和上变频技术实现系统设计,最终完成毫米波发射信号输出。(3)对系统设计方案进行了详细的结构分析和方案论证,在此基础上完成了系统频谱规划、电平配置以及毫米波信号稳定性分析,并对链路中关键本振支路输出信号相位噪声进行了理论分析与估算,达到了设计指标要求。(4)整机系统分为微波和毫米波两个部分,分别给出了两个子系统中各个电路模块的原理图设计、相位噪声指标仿真、基于ADS的PLL锁定时间仿真、芯片器件选型依据以及窄带波导滤波器设计,并给出了系统软件(DDS、PLL)设计流程,最后分析了整机系统的兼容性。(5)给出了整机系统实物图,并对系统中本振信号、时钟信号和毫米波LFM雷达激励信号进行了相应的测试。测试结果表明:7.5 GHz信号输出功率14.78 d Bm,三次谐波抑制48.8 d Bc,相位噪声-105.45d Bc/Hz@100k Hz;基带时钟信号中心频率75 MHz,功率15.35 d Bm,相位噪声-122.05d Bc/Hz@100k Hz;毫米波LFM信号带宽10 MHz,跳频时间优于10 us,带外抑制大于40 d Bc,均满足设计指标要求。综上所述,本课题成功设计了一款高性能、低杂散、捷变频毫米波雷达频率源,满足了实际工程需要,已成功运用于某车载毫米波气象雷达,为其它同类频率源设计提供了实际参考价值和借鉴意义。