X波段频率合成器的研究

论文摘要

现代电子技术的发展对电子设备关键器件—频率合成器提出了越来越高的要求,对频率合成器的频谱纯度、相位噪声和跳频速度等指标的要求在不断提高。依据应用系统的不同,对各项指标要求的侧重点也有所不同。本文介绍了直接数字频率合成器的基本结构、工作原理、杂散来源和输出频谱特性;讨论了锁相环（PLL）的基本结构、相位模型、频率响应、噪声及杂散性能;利用DDS分辨率高和频率转换时间短,以及PLL对杂散的抑制能力较强的特点,将DDS与PLL进行组合,实现了该两种技术的优势互补。采用DDS+PLL+倍频的技术将DDS的超高频率分辨率、极高的频率准确度和容易实现程控等优点与锁相环良好的窄带跟踪滤波特性相结合,研制了频谱纯净的X波段频率合成器。该频率合成器采用单片机（MCU）控制DDS和PLL,通过DDS激励PLL实现C波段的频率输出,经过二倍频得到X波段的输出频率。本文阐述了X波段频率合成器的具体方案、各个模块的功能和实际设计中应该注意的问题,重点讨论了单片机与AD9850的硬件接口电路、串行工作流程、PLL的设计以及C波段和X波段滤波器的设计。根据系统要求,选择了合适的器件来搭建电路,进行了合理的电路布局和电磁兼容设计。通过实测,获得了系统的相噪和杂散频谱测试结果。测试结果表明系统在8.869.22GHz范围内基本实现了相位噪声-80dBc/Hz@10kHz,杂散抑制-50dBc,验证了该方案的可行性。最后对结果进行了讨论,分析了存在的问题,并提出了解决的办法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 频率合成技术概述
• 1.2 频率合成技术现状与展望
• 1.3 本论文所做的工作
• 第二章 直接数字频率合成技术的基本理论
• 2.1 DDS 的工作原理
• 2.1.1 DDS 的结构
• 2.1.2 DDS 的频谱分析
• 2.2 DDS 的性能特点及应用
• 2.2.1 DDS 的性能特点
• 2.2.2 DDS 的应用
• 2.3 DDS 芯片介绍
• 2.3.1 ADI 公司的DDS 产品AD98xx 系列
• 2.3.2 其他公司的DDS 芯片简介
• 第三章 锁相环原理
• 3.1 锁相环基本原理
• 3.1.1 鉴相器
• 3.1.2 环路滤波器
• 3.1.3 压控振荡器
• 3.2 锁相环的线性分析
• 3.2.1 锁相环的线性相位模型与传递函数
• 3.2.2 锁相环的频率响应
• 3.3 锁相环的相位噪声分析
• 3.3.1 锁相环相位噪声模型
• 3.3.2 锁相环的低相位噪声设计
• 第四章 DDS＋PLL 混合频率合成技术
• 4.1 DDS＋PLL 频率合成概述
• 4.2 DDS＋PLL 频率合成常用方案
• 4.2.1 参考源由DDS 提供的锁相环频率合成器
• 4.2.2 PLL 内插DDS 频率合成技术
• 4.2.3 环外混频式DDS+PLL 频率合成技术
• 4.3 DDS＋PLL 系统的杂散抑制
• 4.4 DDS＋PLL 系统的相位噪声
• 4.5 DDS＋PLL 系统的跳频时间
• 第五章 X 波段频率合成器的设计
• 5.1 项目的指标及功能要求
• 5.2 系统的方案设计与论证
• 5.2.1 系统方案的原理框图
• 5.2.2 系统工作原理
• 5.2.3 系统方案的可行性论证
• 5.3 DDS 与MCU（单片机）模块的设计
• 5.3.1 DDS 的工作方式和初始化
• 5.3.2 频率控制字的设置
• 5.3.3 单片机对DDS 的控制过程
• 5.3.4 DDS 与MCU 模块电磁兼容的问题
• 5.3.5 DDS 后级滤波器和放大器的设计
• 5.4 PLL 模块的设计与实现
• 5.4.1 PLL 模块使用的主要器件及指标
• 5.4.2 环路滤波器的设计
• 5.4.3 R 分频器与N 分频器的设置
• 5.4.4 单片机对PLL 的控制
• 5.4.5 功率分配器的设计
• 5.4.6 PLL 模块PCB 板图设计考虑的问题
• 5.5 X 波段放大倍频模块的设计与实现
• 5.5.1 C 波段滤波器和X 波段滤波器的设计
• 5.5.2 放大器和倍频器的设计
• 5.6 X 波段频率合成器的调试
• 5.7 X 波段频率合成器的实物图
• 5.8 X 波段频率合成器的测试结果及分析
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录