随着现代电子系统的快速发展，微波频率源的频谱纯度、频率范围和频率步进、相位噪声等性能迅速提升，对高性能频率源的需求与日俱增。微波频率源已广泛应用于通信、金融、电力、广播电视、高速交通、制导、电子对抗等领域，在时间频率、飞行器测控、协同作战、精确打击等国防领域也有着重要的应用。本论文以频率合成技术及高性能微波频率源在原子钟的应用特性为主要的研究对象，对频率源的设计架构进行了详尽的讨论和研究，对各功能模块及整机的调试和测试方法进行了详细的阐述。主要内容为：1．研究直接数字频率合成（DDS）和锁相环（PLL）的工作原理，分析通过这两种合成方式输出的频谱质量，着重提出了各类杂散、噪声形成的原因和解决措施，为本课题的设计提供理论支撑。2．提出了一种基于DDS，结合PLL、混频、倍频等频率合成技术的高性能微波频率源实现方法。采用DDS经混频后内插入跟踪锁相环的关键技术，实现了低杂散、低相噪、高频率分辨率的指标，针对分解到各模块的指标要求进行详细的原理分析、器件选型和电路设计，充分利用了现代集成器件的优点，采用具有先进工艺水平的高集成度器件及芯片，在满足技术要求的前提下，力求电路简单、性能稳定，频谱纯度、相位噪声与频率分辨率性能突出。通过电脑串口控制频率源改变各种状态，控制方式方便、人机界面友好。3．论述了高性能微波频率源的调试和测试方法，对调试关键点和问题原因进行了分析，同时给出了各指标的实测图，实测结果表明该技术方案能够满足指标要求。该微波频率源的成功研制不仅对我国原子钟的发展起到了一定推动作用，也可广泛推广于其它电子系统中，具有重要意义。