小型化频率源的研究与实现 ——基于LTCC技术的X波段频率源设计

论文摘要

本文研究了基于LTCC技术的小型化X波段频率源。该频率源具有小体积、低杂散、低相噪等特点，适用于机载雷达、弹载雷达等小型化系统。低温共烧陶瓷（Low-Temperature Co-fired Ceramic，LTCC）技术是一种高集成度的多层布线封装技术，其三维立体结构为传统的频率源设计引入了全新的设计理念。本文首次在频率源的设计上采用LTCC技术，成功设计出来产品，这为频率源的小型化、高性能、高可靠性的方向奠定了良好的基础。本文首先详细分析了LTCC工艺流程及其特点、应用领域，充分理解和把握了LTCC的优势与不足，从工艺实现上为小型化频率源的设计做了铺垫。本文的研究重点是如何将LTCC技术应用于频率源的设计，且实现频率源小型化、低相噪、低杂散的设计指标。首先根据系统指标要求及LTCC工艺特点，提出了采用单环锁相技术的方案，PLL选用HITTITE公司的HMC700，环路滤波器为有源低通滤波器，VCO选用小体积MMIC VCO HMC583，其内部自带前置二分频器。在具体实现上，锁相环部分在LTCC基板上制作，供电及控制部分在PCB板上，PCB板与LTCC板采用绝缘子连接。LTCC基板表层放置有源芯片，内层埋置滤波器及线路，滤波器采用1/4枝节窄带交指滤波器结构。对LTCC层间互连结构做了充分的仿真论证。设计时，借助ADIsimpll、Ansoft Designer、HFSS等仿真软件，论证了各部分的可行性。该频率源设计完成后，经测试，其输出中心频率为12GHz，频带宽度为1GHz，步进10MHz，整个频带内相噪为-81dBc/Hz@1kHz，满足系统设计指标。锁相环部分电路板体积为20mm×20mm×3mm。实验表明，将LTCC技术应用于频率源设计以实现小型化是可行的。本项目的研究与实现对促进频率综合器的小型化起着重要的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外动态
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 LTCC 技术及其应用
• 2.1 LTCC 的概念
• 2.2 LTCC 工艺
• 2.3 国内外 LTCC 的应用
• 2.3.1 国外 LTCC 的应用领域
• （1）LTCC 在无源元件中的应用
• （2）LTCC 在有源元件中的应用
• （3）LTCC 在模块中的应用
• 2.3.2 国内 LTCC 的应用领域
• 第3章 小型化频率源设计的关键技术
• 3.1 小型化基板研究
• 3.2 频率源合成技术
• 3.3 频率源的主要指标
• 3.3.1 相位噪声
• 3.3.2 杂散
• 3.3.3 频率转换时间
• 3.4 锁相环分析
• 3.4.1 锁相环的基本原理
• 3.4.2 锁相环的相位噪声分析
• 3.5 LTCC 滤波器的分析
• 3.6 垂直互联
• 第4章 小型化频率源的设计
• 4.1 系统方案的设计
• 4.1.1 指标要求
• 4.1.2 器件的选择
• 4.1.3 杂散的论证
• 4.1.4 跳频时间的论证
• 4.1.5 相噪的论证
• 4.2 单元电路设计
• 4.2.1 电源的设计
• 4.2.2 外围电路的设计
• 4.2.3 锁相环的设计
• 4.2.4 滤波器的设计
• 4.2.5 单片机设计
• 第5章 系统调试及结果分析
• 5.1 系统调试
• 5.2 测试结果
• 5.3 后续工作
• 5.4 原理图、LTCC 版图及实物照片
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果