由于S波段的信号有着传输距离较远的优点,因此S波段的频率源常用于中距离的警戒雷达和跟踪雷达,还常用于电视、移动通信、天文等领域。随着通信行业不断地向前推进,对频率源的期许也就变得更加严格。为了实现相位噪声低、频率分辨率高、体积小、变频快等要求,通常将频率分辨率高的DDS、相位噪声低的基于级联偏置的锁相环等频率综合技术混合使用。本文设计了一款基于两级级联偏置的S波段频率源,包括了S波段压控振荡器、参考源电路和级联偏置锁相电路等三个模块以及控制单元模块。对于VCO模块的设计,首先选取了VCO内部发挥关键作用的调谐滤波器的结构与符合设计要求的变容二极管,选取了适合的三极管与适当的直流偏置电路,并分别对调谐滤波器和VCO进行了仿真,在调谐滤波器的滚降系数与VCO的相位匹配之间进行了最优选择,最后得到了一个振荡范围在2.2GHz~3.2GHz,相位噪声的测试结果为-122d Bc/Hz@10MHz且体积较小的VCO,为了使VCO的输出频率能够快速地达到预期的频率,为其设计了一个由C8051单片机、DAC等组成的用于预置频率的外围电路。对于参考源电路模块的设计,首先详细分析了1600MHz参考频率的电路设计,再由该1600MHz作为输入参考频率,结合DDS与锁相环产生频率分辨率为0.1Hz的1706MHz到1750MHz连续可调的输出频率。此锁相环路的输出将作为参考源频率输入到级联偏置锁相模块。对于级联偏置锁相环路的设计,将传统锁相环路的反馈回路中的分频器由两级级联的混频和倍频器的组合所取代,使得相位噪声指标得到了大幅度的提高。为了得到想要的输出频率,反馈回路中的倍频器可由程序控制。将三个模块整合在一起,在精确的算法与程序的作用下,得到了一个输出频率为2.2GHz到3.2GHz的S波段级联偏置锁相频率合成器。最后测试了该S波段级联偏置锁相频率源得到结果为在2.2GHz到3.2GHz频率输出的相位噪声在偏离10KHz处时是优于-101.5d Bc/Hz的,测试出的频率分辨率达到1Hz。