微波上变频系统

论文摘要

在微波系统中,性能优越的上变频组件对系统性能起着关键性的作用。本文对微波上变频系统的理论和设计进行了研究。本文的主要目的是研究某型微波上变频系统,在确保该上变频系统性能指标的基础上,尽量减少系统的研发周期和研发成本,对系统的小型化进行探索性研究,为后续的批量生产奠定基础。本文的主要工作是应用户要求制作一个上变频系统,将S波段的微波信号上变频到Ku波段的微波信号。系统的本振输入由一相位噪声非常好的外部频率源提供,经过4次倍频放大至Ku波段。由于本系统作为某频率综合器的频率源使用,因而对输出信号的杂波抑制有较高要求。本文首先讨论了上变频技术的发展及其在相关领域的应用情况,介绍了本课题的来源。然后根据上变频组件的设计方案,通过软件仿真,确定了方案中各子电路的组成,在充分考虑到各子电路可实现性的基础上确定了其主要技术指标。在此基础上,确定了本上变频组件的设计方案。我们对本振基频的晶振信号采用直接通过MMIC单片4倍频的方案,中间加入一个带通滤波器滤除对最终输出信号影响较大的本振的5次谐波。在对电路进行软件分析后,基于让射频信号功率能够让混频器在线性条件下工作的考虑,我们在射频输入端接入一个衰减器以控制输入的功率,然后再与本振信号混频。在混频输出端,对输出信号杂波的抑制使得滤波器对带外抑制的指标要求较高,考虑到电路的容易实现性,我们设计了一个滤波-放大-滤波-放大-滤波链路,这样可以使单个滤波器的带外抑制不必做得太高,便于设计制造。测试结果表明,输出功率达到了11dBm,对杂波的抑制大于60dBc,各电性能均满足技术指标要求。文章最后分析了该上变频组件设计中尚存在的问题,指出了系统设计改进的方向和方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微波及其特点和应用
• 1.2 微波固态集成电路的发展
• 1.3 课题介绍
• 1.3.1 国内外动态
• 1.3.2 本课题用途
• 第二章 系统的设计原理及关键技术
• 2.1 课题技术指标和要求
• 2.2 对本振支路指标的分析以及电路功能的实现
• 2.3 对上变频支路指标的分析以及电路功能的实现
• 2.4 各个支路中器件的选择
• 2.5 应用ADS 对系统进行仿真及优化
• 第三章 倍频器的原理及器件选择
• 3.1 倍频器基础理论
• 3.1.1 倍频器的分类
• 3.1.2 倍频器的噪声和可能的不稳定性
• 3.1.3 微波倍频器的实现途径
• 3.2 微波有源倍频技术研究
• 3.2.1 高电子迁移率晶体管
• 3.2.1.1 高电子迁移率晶体管的结构和工作原理
• 3.2.1.2 赝晶型高电子迁移率晶体管（PHEMT）
• 3.2.1.3 高电子迁移率晶体管倍频机理
• 3.3 微波有源四倍频器器件的选择
• 第四章 放大器的原理及器件选择
• 4.1 放大器主要技术指标
• 4.1.1 增益
• 4.1.2 噪声温度与噪声系数
• 4.1.3 增益平坦度
• 4.1.4 端口驻波比与反射损耗
• 4.1.5 非线性
• 4.1.6 动态范围
• 4.2 宽带放大器
• 4.2.1 负反馈放大器
• 4.2.2 平衡式放大器
• 4.2.3 分布式放大器
• 4.3 低噪声放大器
• 4.3.1 放大器稳定性的判别
• 4.3.2 放大器的噪声特性
• 4.3.3 设计低噪声放大器的一般方法
• 4.4 直流偏置网络
• 4.5 设计中所使用的放大器的选择
• 第五章 混频器的原理及器件选择
• 5.1 混频器的技术指标
• 5.2 二极管混频原理
• 5.3 设计中所使用的混频器的选择
• 第六章 滤波器的设计
• 6.1 滤波器的主要技术参数
• 6.2 平行耦合微带线带通滤波器的设计流程
• 6.3 本系统中用到的滤波器的设计
• 第七章 系统的实现和测试
• 7.1 上变频系统电路
• 7.2 系统的装配
• 7.3 系统测试
• 7.3.1 系统测试框图
• 7.3.2 测试结果以及分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果