低相噪Ku波段频率合成器研究

论文摘要

频率合成器是近代通信系统的重要组成部分,在无线电通信与电子系统的各个领域中得到了广泛的应用。随着各种技术的飞速发展,系统对频率合成器的相位噪声、频率分辨率、转换时间和频谱纯度等指标提出了越来越高的要求。微波由于具有波长较短、频带较宽以及与大气相互作用等特性,已广泛应用于制导、电子对抗、微波通信等领域。本课题就是研制低相噪微波波段频率合成器。本文首先对直接数字频率合成技术（DDS）和锁相频率合成技术（PLL）的基本原理、特点及相噪特性作了详细的分析。然后介绍了频率合成器的主要结构,包括间接频率合成（即锁相环合成技术）和混合式结构。从相位噪声和杂散的角度分析了这些频率合成方案的优缺点。在分析比较了几种频率扩展技术的优缺点后,本文采用环外混频DDS+PLL方案来完成设计。该方法将DDS的高频率分辨率、捷变频特点与PLL的宽频带、谱质好优点有机地结合起来,既降低了频率合成器的实现难度,又在频谱纯度（相噪和杂散水平）与变频时间等关键技术指标上得到了较高的综合表现。在以上分析的基础之上,并结合系统要求的技术指标选用了性能优良的DDS和PLL芯片,最终采用了DDS+PLL+混频等综合频率合成技术,实现了低相位噪声频率合成器。之后分析了电路的主要组成单元,对重要的技术和电路单元作了详细说明,最后介绍了系统的调试过程和调试中应该注意的问题。测试结果表明:在Ku波段范围内频率合成器的相位噪声水平均优于-95dBC/Hz@1KHz,系统最大变频时间小于15us,激励端杂散电平小于-55dBc,接收端杂散小于-60dBc,最小步进5MHz,带宽400MHz,满足了系统的综合指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 频率合成技术概述
• 1.2 频率合成器的性能要求
• 1.3 课题简介及论文的主要工作
• 第二章 设计原理
• 2.1 相位噪声的基本概念
• 2.2 锁相环基本原理
• 2.2.1 锁相环的构成和工作原理
• 2.2.2 锁相环的性能分析
• 2.3 DDS 工作原理
• 2.3.1 DDS 的构成和工作原理
• 2.3.2 DDS 的性能特点
• 2.4 间接频率合成技术
• 2.4.1 整数分频锁相频率合成技术
• 2.4.2 分数分频锁相频率合成技术
• 2.5 DDS+PLL 组合频综
• 2.5.1 DDS 激励PLL 方案
• 2.5.2 PLL 内插DDS 组合方案
• 2.5.3 DDS 内环分频式方案
• 2.5.4 环外混频式组合方案
• 第三章 方案设计
• 3.1 项目简介
• 3.1.1 系统功能要求
• 3.1.2 指标要求
• 3.2 方案设计
• 3.2.1 设计原则
• 3.2.2 系统方案
• 3.2.3 系统相位噪声和杂散分析
• 第四章 功能电路实现
• 4.1 LFM 信号实现
• 4.1.1 DDS 芯片选择
• 4.1.2 DDS 电路实现
• 4.2 S 波段跳频源实现
• 4.2.1 PLL 芯片选择
• 4.2.2 PLL 电路设计
• 4.3 倍频分频电路实现
• 4.4 射频电路实现
• 4.4.1 12.8GHz 点频源实现
• 4.4.2 混频滤波电路实现
• 4.5 控制电路实现
• 4.6 系统相噪杂散性能调试
• 第五章 系统测试结果分析和总结
• 5.1 版图与实物
• 5.2 系统测试
• 5.2.1 相噪和杂散测试
• 5.2.2 变频时间和平坦度测试
• 5.2.3 激励源LFM 信号测量
• 5.3 测试结果分析
• 5.4 项目总结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果