Ka波段LTCC频综组件研究

论文摘要

由于LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）技术在毫米波频段表现出了体积小,可靠性高等优点,近年来已成为毫米波集成电路的研究热点之一。由于低相噪和小体积是频综组件的发展趋势,因此把LTCC技术应用于频率合成技术中是实现频综小型化的途径之一。本文通过建立锁相环的相位噪声模型,分析了组成锁相环的各个器件噪声和环路滤波器对输出信号相位噪声的影响,并设计了一种基于平行耦合和阶跃阻抗的宽带滤波器及其改进型和一种SIW销钉滤波器。在比较了几种常用的混合频率合成器的优缺点之后,基于锁相环的相位噪声模型制定了用带小数分频的混频锁相环再倍频的方案来实现该频率源,其本振采用一个单独的微波锁相环提供,因此同时实现了低相噪和高频率分辨率。并把LTCC技术与频率合成技术相结合,采用在基片的表面安装有源器件,在基片的内部集成无源器件的方法,最终第一次在一整块LTCC基板上同时实现了低相噪,小体积混频锁相源。测试结果表明:该Ka波段LTCC频综组件的输出频率为34.8GHz到35.2GHz,步进为2MHz。输出信号的相位噪声优于-75dBc/Hz@1kHz,-80dBc/Hz@10kHz,-90dBc/Hz@100kHz。通过合理的布局,该频率合成器面积仅为42mm×49mm,相对文献[4]缩小了37%,整个系统的体积是59×53×15 mm 3,相对文献[4]缩小了57%,整个系统的重量是97g,相对文献[4]减小了56%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 毫米波特点及其应用
• 1.2 频率合成技术简介
• 1.3 LTCC 频率源发展动态
• 1.4 课题简介
• 第二章 频率合成关键技术分析
• 2.1 锁相环（PLL）原理及噪声分析
• 2.1.1 锁相环基本原理简介
• 2.1.2 锁相环性能分析
• 2.1.3 锁相环路的噪声特性分析
• 2.2 DDS（直接数字频率合成）简介
• 2.3 混合频率合成技术
• 2.3.1 锁相＋倍频
• 2.3.2 锁相＋混频
• 2.3.3 锁相＋混频＋倍频
• 第三章 LTCC 技术简介
• 3.1 多芯片组件简介
• 3.1.1 MCM 的分类
• 3.1.2 MCM 的主要特点
• 3.2 LTCC 技术
• 3.2.1 LTCC 加工工艺流程
• 3.2.2 LTCC 基板的材料特性
• 3.2.3 LTCC 技术的特点
• 3.2.4 微波毫米波LTCC 技术介绍
• 第四章 LTCC 频率合成器设计
• 4.1 方案设计
• 4.1.1 方案选择
• 4.1.2 相噪核算
• 4.1.3 系统设计与实现
• 4.2 LTCC 带通滤波器研究
• 4.2.1 带通滤波器设计方法简介
• 4.2.2 基于阶跃阻抗的LTCC 宽带滤波器
• 4.2.3 SIW 销钉滤波器
• 第五章 电路制作与测试
• 5.1 频率合成器布局和布板
• 5.2 实物图
• 5.3 系统测试结果
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者读研期间的研究成果