数字微波T/R组件

论文摘要

现代雷达系统中最重要的成员便是相控阵雷达,而T/R组件则是相控阵雷达中最为重要的组成部件之一。随着数字技术的不断革新,相控阵雷达正向着数字化方向发展。而以DDS（直接数字频率合成）为核心的全数字T/R组件,为相控阵系统带来了巨大的优势。因此对基于DDS的数字T/R组件进行研究具有重要的实际意义。本文在微波频段（5GHz）研制了一套完整的全数字T/R组件。采用混合集成电路技术实现微波频段的收发电路。并对数字微波T/R组件进行了深入的研究。首先,介绍了数字微波T/R组件的基本理论,主要从其核心部件DDS出发,通过介绍DDS的主要特点,频率扩展技术,来对数字T/R组件进行理论认识。然后,着重介绍数字微波T/R组件的设计。其设计核心在于利用DDS的幅度控制功能替代传统的数字微波数控衰减器,用其移相功能替代传统的数字移相器,达到将波束的形成和波形形成融合在一起,来实现T/R组件的全数字。最后,对数字微波T/R组件的FPGA控制电路、直流电路和射频电路整体进行合理布局,并对数字电路和射频电路采用分腔隔离,射频各支路分腔隔离。以防止各数字电路和射频电路之间的串扰和各支路之间的电磁干扰。测试结果表明:输出频率5GHz,带宽100MHz,移相范围0o360o,杂散抑制≥60dBc,相位噪声-85.18dBc/Hz@1kHz,频率步进1kHz,相位控制精度±0.5°范围内,幅度控制精度±0.5dB范围内。该数字微波T/R组件达到指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 数字微波T/R 组件国内外发展动态
• 1.2.1 国外发展动态
• 1.2.2 国内发展动态
• 1.3 本课题的研究意义及研究目标
• 1.4 论文结构
• 第二章 数字微波T/R 组件的工作原理及性能指标
• 2.1 直接数字频率合成技术的基本理论
• 2.1.1 DDS（直接数字频率合成）的组成及原理
• 2.1.2 DDS 的主要特点
• 2.1.3 DDS 的频率扩展技术
• 2.2 数字T/R 组件的基本理论
• 2.2.1 数字T/R 组件的工作原理
• 2.2.2 数字T/R 组件的主要特征
• 2.3 数字T/R 组件的关键技术
• 第三章 数字微波T/R 组件的设计
• 3.1 系统方案设计
• 3.1.1 方案制定
• 3.1.2 各级输出频率的分配
• 3.1.3 频率步进的可行性
• 3.1.4 移相范围和相位/幅度控制精度的可行性
• 3.1.5 相位噪声及杂散的可行性
• 3.1.6 器件的选择
• 3.2 DDS 部分的设计
• 3.2.1 DDS 芯片AD9910
• 3.2.2 DDS 芯片的主要功能框图详解
• 3.2.3 DDS 芯片的参考时钟选择
• 3.2.4 AD9910 内置PLL 外部环路滤波器设置
• 3.2.5 200MHz 带通滤波器设置
• 3.3 DDS 输出放大倍频链的设计
• 3.4 本振链部分的设计
• 3.4.1 ADF4106 与hmc391
• 3.4.2 分频数的计算
• 3.4.3 PLL 的方案设定
• 3.4.4 环路滤波器的设计
• 3.4.5 本振链路的滤波器、功分器、放大器设计
• 3.5 上下变频部分的设计
• 3.5.1 上变频部分设计
• 3.5.2 下变频部分设计
• 3.6 FPGA 控制部分的设计
• 3.6.1 FPGA 芯片 XC3S200 及其配置芯片 XCF01S
• 3.6.2 FPGA 配置电路设计
• 3.7 晶振部分的设计
• 第四章 数字微波T/R 组件的实现和测试
• 4.1 整体电路布局
• 4.1.1 各功能模块布局
• 4.1.2 腔体正面电路布局
• 4.1.3 腔体背面电路布局
• 4.2 数字微波T/R 组件测试
• 4.2.1 数字微波T/R 组件测试系统
• 4.2.2 晶振部分的电路实现
• 4.2.3 DDS 输出信号频谱
• 4.2.4 本振信号频谱
• 4.2.5 数字微波T/R 组件输出信号频谱
• 4.2.6 数字微波T/R 组件与DDS 输出幅相控制精度测试
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果