基于QDUC的雷达上变频电路的设计

在雷达设计中，上变频电路的作用是将晶体振荡器产生的雷达信号混频成射频信号，经信号放大，达到发射机所需的功率，经滤波后将信号送至发射机，通过雷达天线发射。一般雷达的上变频电路采用混频方式设计，由放大器、滤波器、耦合器、隔离器等元器件组成，设计存在电路复杂、稳定度不高、调试困难等缺点。因此，选择QDUC器件AD9957为核心设计雷达上变频器，取代传统的上变频电路。 在雷达系统设计中，上变频电路扮演着至关重要的角色，其主要任务是将由晶体振荡器产生的中频（IF）雷达信号转换为射频（RF）信号，以便通过放大和滤波提升功率，最终通过发射机和天线发射出去。传统上变频电路通常由多个组件构成，如放大器、滤波器、耦合器和隔离器，这种设计往往导致电路复杂、稳定性不足以及调试困难等问题。 为了克服这些缺点，本文提出了基于QDUC（Quantized Digital Up Converter，量化数字上变频器）技术的新型雷达上变频器设计。QDUC器件AD9957被选为设计的核心，替代了传统的上变频电路。AD9957是一款1 GS/s的正交数字上变频器，具备18路I/Q数据通道和14位D/A转换器。它的特性包括快速频率转换、高频率分辨率、高频率稳定度、可编程的频率和相位切换、小尺寸、低功耗等优点。该器件能够有效地执行上变频操作，且具有高数据吞吐量和低相位噪声，适用于对信号进行精确控制。 AD9957的内部结构包括并行数据时序和控制逻辑、程序寄存器、反向正弦滤波器、内插级联积分梳状滤波器、内部时钟控制逻辑、A/D转换器、数据寄存器和SPI串行通信接口控制器等。这些组件协同工作，确保了高效的信号处理和精确的频率合成。 为了控制AD9957，选择了STC12C5410单片机，这是一款增强型51系列单片机，具有低功耗特性、2 KB非易失性E2PROM和SPI接口。STC12C5410的高级RISC架构、硬件看门狗、PWM、高速A/D转换等功能使其成为理想的控制器件。 在工作过程中，AD9957工作于数字上变频模式，I和Q路数据并行输入，经过内部采样和处理，最终通过D/A转换器输出模拟调制信号。SPI接口通信是通过SDIO、SDO、CS和SCLK引脚完成的，遵循特定的命令格式和时序要求。单片机作为主机，通过SPI与AD9957进行通信，配置适当的控制位以匹配AD9957的时序要求。 硬件电路设计包括AD9957、晶体振荡器、放大滤波电路、键盘、分压电阻以及STC12C5410单片机。用户通过键盘设定信号参数，单片机通过SPI接口将这些参数传输给AD9957，从而控制输出信号的特性。 基于QDUC的雷达上变频电路设计利用了AD9957的优势，实现了简化电路、提高稳定性和简化调试过程的目标，为雷达系统的性能提升提供了新的解决方案。这种设计方法不仅优化了雷达系统的整体性能，还降低了维护和开发成本，是现代雷达技术领域的一个重要进步。