8GHz低相噪PDRO的分析与实现

论文摘要

高性能的频率源是电子系统的基准,是现代通信雷达等系统中的重要组成部分。目前频率合成有直接频率合成、直接数字频率合成和间接频率合成等方法,它们的系统性能和复杂度也各有优缺点。本文介绍了一种高性能高可靠性的锁相频率合成技术。它基于取样锁相和高Q值的介质谐振振荡器,并且利用简单的扩捕电路解决了这种锁相环的温度稳定性问题,相比于数字锁相避免了分频器引起的噪声,使这种单点频率源在保持高性能的同时,实用性也达到了要求。微波线性电路一般采用S参数分析方法,而非线性电路一般采用谐波平衡法进行分析。谐波平衡仿真器集成在大多数射频电路仿真软件中,如ADS,Designer等等。运用于振荡器设计的场效应管工作在非线性状态,将直流能量转换成微波能量输出。本文在设计X波段介质压控振荡器DRVCO过程中,利用ADS的谐波平衡来分析场效应管FET非线性特性工作状态,利用负阻振荡理论来仿真振荡器。因为介质谐振器的高Q特性和场效应管的高频低噪声特性,所以压控介质谐振振荡器在微波频率远端具有良好的相位噪声特性。锁相环是一种相位自动控制系统,它由鉴相器、环路滤波器、分频器和压控振荡器等部分构成。取样鉴相锁相环采用无源模拟高频鉴相,除了成本较低的优势之外,天生具有相位噪声较小的优点。因为采用高频鉴相,所以省去了环路分频器,直接将介质压控振荡器锁定在参考晶振上,进一步减小了噪声干扰,提高了相位噪声性能。整个系统是由100MHz恒温晶振提供外参考信号,输入到取样鉴相器SPD,与X波段压控介质谐振振荡器DRVCO进行取样鉴相。取样鉴相器产生差拍电压,经过二阶有源环路滤波器,输出控制电压控制VCO输出8GHz微波信号。由于系统会受到外界各种噪声的干扰,因而可能出现失锁,此时环路自动产生三角波扫描信号控制压控振荡器输出频率扫描信号,引导环路快速重新入锁。本文对取样锁相技术中关键技术的研究和开发,对微波基准源的性能提高有一定的参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微波频率源的概述及发展概况
• 1.2 微波振荡器的概述及发展概况
• 1.3 本课题的主要任务
• 第二章 微波振荡器和噪声理论
• 2.1 微波振荡器概述
• 2.2 振荡器的主要指标
• 2.3 相位噪声的表示
• 2.4 振荡器的噪声分析
• 第三章 压控介质振荡器
• 3.1 介质振荡器概述
• 3.2 介质谐振器（DR）相关理论
• 3.2.1 圆柱形介质谐振器的工作原理
• 3.2.2 介质谐振器主要电参数
• 3.3 负阻振荡理论
• 3.4 压控介质振荡器的设计
• 3.4.1 介质谐振器的集总参数等效电路
• 3.4.2 介质振荡器（DRO）的主要形式
• 3.4.3 变容管调谐介质振荡器 DRVCO
• 3.4.4 DR 串联反馈型FET 振荡器的设计
• 3.4.5 介质压控振荡器 DRVCO 的调试
• 3.4.6 DRVCO 的测试结果
• 第四章 取样锁相环
• 4.1 锁相环的组成部分
• 4.1.1 鉴相器
• 4.1.2 环路滤波器
• 4.1.3 压控振荡器
• 4.2 取样锁相环的基本原理
• 4.2.1 阶跃恢复二极管
• 4.2.2 取样鉴相器的鉴相特性分析
• 4.3 锁相环的噪声性能
• 4.3.1 取样鉴相对锁相环噪声的改善
• 4.3.2 锁相环的噪声抑制特性
• 第五章 X 波段单点锁相源的实现
• 5.1 点频源的主要指标
• 5.2 扩捕电路的设计
• 5.3 环路滤波器的设计
• 5.4 取样锁相环的调试
• 5.5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果