一种低相噪毫米波频率合成器的研制

论文摘要

频率合成器是现代电子系统的重要组成部分,是决定电子通讯系统性能的关键部件。随着现代通信技术的发展,系统对频率合成器的精度、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。毫米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。本课题即是为了研制低相位噪声毫米波波段频率合成器。频率合成技术关注的是如何得到纯净的频率源,本文首先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）、直接数字合成（Direct Digital Synthesis, DDS）以及混合式结构。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。论文针对频率合成器的主要部件,如锁相环（Phase Locked Loop, PLL）、混频器、分频器和倍频器,推导出相位噪声模型并分析了这些器件产生杂散的主要原因。然后结合以上的分析,给出了频率综合系统设计的流程,为频率合成器系统级设计奠定基础。在以上分析的基础之上,根据项目要求,提出了采用锁相环加混频结构实现微波低相位噪声频率合成器的设计方案。实验结果表明,频率合成器的指标达到了设计要求。频率合成器频率步进为10MHz,相位噪声达到-85dBc/Hz@1kHz,相关杂散优于-60dBc。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 频率合成技术概述
• 1.2 课题简介及论文的主要工作
• 第二章 频综的性能分析以及关键部件特性
• 2.1 频综的性能分析以及关键部件特性
• 2.1.1 单音信号中的相位噪声杂散理论
• 2.1.2 时钟抖动
• 2.2 频综关键部件的特性
• 2.2.1 锁相环
• 2.2.2 直接数字频率合成（DDS）
• 2.2.3 分频器
• 2.2.4 模拟混频器
• 2.3 各类频综方案的性能分析
• 2.3.1 整数分频与分数分频
• 2.3.2 混合式频率合成方案
• 第三章 系统方案设计
• 3.1 项目指标
• 3.2 方案设计
• 3.2.1 方案结构设计
• 3.2.2 相位噪声水平分析
• 3.2.3 杂散水平分析
• 3.3 腔体设计
• 第四章 频综部分关键电路设计与调试
• 4.1 LFM 信号的产生
• 4.1.1 DDS 芯片的选择
• 4.1.2 DDS 芯片的调试
• 4.2 C 波段锁相跳频源
• 4.2.1 锁相环芯片
• 4.2.2 方案设计
• 4.2.3 ADIsimPLL 仿真结果
• 4.3 X 波段锁相本振源
• 4.3.1 鉴相频率的选择
• 4.3.2 环路滤波器的设计
• 4.3.3 相位噪声的ADS 仿真结果及分析
• 4.4 五倍频电路
• 4.5 微带滤波器
• 第五章 测试结果与分析
• 5.1 测试结果
• 5.1.1 相位噪声
• 5.1.2 杂散
• 5.1.3 跳频时间
• 5.1.4 功率平坦度
• 5.2 结果分析与问题
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录A 频率合成器实物照片