Ka波段频率合成器研究

论文摘要

毫米波信号源是毫米波电路与系统的关键部件,它性能的好坏直接影响着系统的整体性能。随着毫米波技术的飞速发展,无论是民用或军用通信,还是在毫米波测量、电子对抗、遥感遥测等领域,对毫米波信号源的指标性能的要求越来越高,要求频率源具有极高的频率稳定度和频谱纯度;同时为了对抗有源干扰,还要求频率源具有快速跳频能力。本课题主要对Ka波段频率合成器进行设计研究,要求合成的Ka频率源能够获得更大的工作带宽,更高的频率分辨率,更快的频率切换时间和更优的频谱纯度,相位噪声低,谐波抑制和杂散抑制较好。毫米波频率合成方式主要有DRO+倍频方式、脉冲取样锁相式、锁相+倍频式、锁相+混频式及多环式等。本文对锁相+倍频式和双环锁相式两种常用的频率合成方式进行了着重讨论,其中双环锁相方式可以获得较高的相噪和杂散指标,但结构较为复杂,而微波锁相+倍频式电路结构简单,可以获得有宽带特性的毫米波频综及多点的频率输出。因此,本文主要采用锁相+倍频式频综方式,即微波锁相上变频、毫米波倍频和上变频等技术实现中心频率为34.475GHz的Ka波段频率合成器。利用中心频率扫频源与6GHz本振（由100MHz的参考晶振倍频得到）经过上变频后作为本振,与捷变频率源进行上变频,滤波放大后,经四倍频到毫米波频段,最后再与基带中频信号进行上变频,得到最终所需的Ka波段毫米波信号。本文将系统分解成六大模块进行论证设计,并分别对测试结果进行分析讨论,最后进行系统联调。测试结果表明,该Ka波段频率合成器输出毫米波信号中心频率为34.475GHz,其中心频率扫频带宽为±400MHz,捷变频带宽为±250MHz,相位噪声低于-80dBc/Hz@1kHz,杂散抑制优于-50dBc,功率波动小于1.5dB,满足课题指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 毫米波的产生与发展
• 1.2 毫米波频率合成技术
• 1.2.1 锁相+倍频方式
• 1.2.2 双环锁相方式
• 1.3 国内外研究现状和发展态势
• 1.3.1 国外研究态势
• 1.3.2 国内研究态势
• 1.4 课题简介
• 第二章 基本设计原理
• 2.1 DDS和PLL工作原理
• 2.1.1 DDS基本原理
• 2.1.2 PLL工作原理
• 2.2 混频器工作原理
• 2.2.1 双平衡混频器
• 2.2.2 混频二极管参数
• 2.3 倍频器
• 2.4 微波SPDT开关
• 第三章 模块电路设计
• 3.1 系统方案设计
• 3.2 中心频率扫频模块
• 3.2.1 锁相关键部件设计
• 3.2.2 微波上变频器
• 3.2.3 滤波电路设计
• 3.2.4 模块测试结果及相噪分析
• 3.3 捷变频模块
• 3.3.1 DDS输出频率范围选择
• 3.3.2 关键技术研究
• 3.3.3 模块测试结果及分析
• 3.4 基带信号扩频模块
• 3.4.1 关键部件设计
• 3.4.2 测试结果及分析
• 3.5 晶振倍频模块
• 3.5.1 倍频链关键技术研究
• 3.5.2 测试结果及分析
• 3.6 毫米波变频模块
• 3.6.1 毫米波关键部件设计
• 3.6.2 毫米波变频模块功率调试
• 3.7 晶振切换模块
• 3.7.1 关键技术研究
• 3.7.2 控制电路设计
• 第四章 系统联调及分析
• 4.1 DDS输出频率测试
• 4.2 相位噪声和杂散测试
• 4.3 输出功率测试
• 4.4 结果分析及频综应用
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果