X波段低相噪VCO及锁相技术研究

论文摘要

低相噪微波固态频率源是现代民用、军用通信系统的关键部件之一,对该技术的研究具有重要意义。本文在介绍了相位噪声的定义,振荡器相位噪声的产生机理和锁相环原理的基础上,开展了对X波段低相噪压控振荡器（VCO）和低相噪压控介质振荡器（VCDRO）及频率综合技术的研究。本文主要贡献表现在以下几方面:介绍了单边带相位噪声的定义及几种常用相位噪声的定义和相互关系,详细分析了振荡器相位噪声的线性与非线性模型,分析了降低振荡器相位噪声的方法和影响振荡器性能的器件因素。用S参数方法分析了负阻二端口网络振荡器的设计原理和设计步骤,在此基础上用N沟道GaAs场效应管实现了X波段低相噪压控振荡器,在偏离载波100kHz处的相位噪声为-90 dBc/Hz。在设计低相噪压控振荡器的基础上,分析了串联反馈介质振荡器和压控介质振荡器的原理。用GeSi HBT晶体管和小信号S参数设计方法实现了X波段低相噪压控介质振荡器,在偏离载波10 kHz处的相位噪声为-103.8 dBc/Hz。通过对锁相环工作原理和移频反馈频率综合源的相位噪声分析及其对外置分频器频综源和移频反馈频综源的相位噪声比较。综合考虑系统要求后,制定了移频反馈频综源设计的技术方案。本文采用移频反馈频综源设计的技术方案,利用低相噪、低杂散的微波倍频源作为本振驱动信号,与微波VCO输出的耦合信号进行混频,将中频信号锁相。同时,用倍频源的参考信号作为锁相的参考频率。利用低相噪压控振荡器作为微波源研制的频综源在9.96 GHz射频输出的相位噪声在偏离载波10 kHz处为-102.2dBc/Hz,360 MHz中频信号的相位噪声在偏离载波10 kHz处为-103.1 dBc/Hz。最后,采用低相噪压控介质振荡器作微波源研制的9.96 GHz频综源的相位噪声在偏离载波10 kHz处为-110.1 dBc/Hz,杂散优于-86 dBc。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 低相噪固态源概述
• 1.2 低相噪固态源国内外发展概况
• 1.3 课题意义和研究内容
• 第二章 振荡器相位噪声分析
• 2.1 相位噪声的概述
• 2.2 振荡器相位噪声的产生机理
• 2.2.1 振荡器相位噪声的线性分析
• 2.2.2 振荡器相位噪声的非线性分析
• 2.3 降低振荡器相位噪声的措施
• 2.4 影响振荡器性能的器件因素
• 第三章 X波段负阻低相噪压控振荡器设计
• 3.1 用于振荡器的有源器件介绍
• 3.2 负阻概念
• 3.3 二端口负阻振荡器设计
• 3.3.1 用S参数分析振荡器设计原理
• 3.3.2 用S参数设计二端口振荡器的步骤
• 3.3.3 Z参数、Y参数与S参数的相互关系
• 3.4 X波段压控振荡器设计
• 3.4.1 GaAs FET振荡器电路结构选择
• 3.4.2 静态工作点选择
• 3.4.3 压控振荡器设计
• 3.5 VCO测试与结果分析
• 3.5.1 VCO测试
• 3.5.2 VCO测试结果分析
• 第四章 X波段低相噪压控介质振荡器设计
• 4.1 介质振荡器性能概述
• 4.2 串联反馈介质振荡器原理
• 4.3 压控介质振荡器原理
• 4.4 VCDRO设计
• 4.4.1 有源器件选择
• 4.4.2 静态工作点选择
• 4.4.3 有源电路设计
• 4.5 VCDRO测试与结果分析
• 4.5.1 VCDRO测试
• 4.5.2 VCDRO测试结果分析
• 第五章 X波段移频反馈频率综合源设计
• 5.1 锁相环工作原理
• 5.1.1 环路基本模型
• 5.1.2 锁相环的线性性能分析
• 5.2 移频反馈频率综合器相位噪声性能分析
• 5.3 系统指标
• 5.4 系统方案
• 5.5 9.6GHz本振源性能分析
• 5.6 移频反馈锁相电路设计
• 5.6.1 器件性能分析
• 5.6.2 PLL辅助电路设计
• 5.6.3 锁相环路设计
• 5.7 电磁兼容设计
• 5.8 锁相电路测试
• 5.8.1 VCO锁相电路测试与结果分析
• 5.8.2 VCDRO锁相电路测试与结果分析
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的成果