随着毫米波技术的飞速发展,毫米波已广泛应用在雷达与制导、电子对抗、毫米波通信、遥感遥测等领域。毫米波信号源是毫米波电路与系统的关键部件,它性能的好坏直接影响着系统的整体性能。毫米波系统的发展,对毫米波信号源的指标性能的要求越来越高,要求合成的毫米波频率源能够获得更大的工作带宽,更高的频率分辨率,更优的频谱纯度,相位噪声低,谐波抑制和杂散抑制较好。本文先对现代频率合成技术进行了分析,接着详细分析了锁相环各部件对锁相环路的噪声贡献,包括环路滤波器本身噪声的影响,由此得出了一种较为准确的相噪预测算法。在分析频率合成技术的基础上,讨论了三种锁相方案,分析了混频锁相方法,介绍了混频锁相过程中,微波射频信号、本振信号以及中频锁相信号三者之间相位噪声的内在关系。相位噪声是频率合成器的重要技术指标之一,设计时,首先通过建立锁相环路的相位噪声模型,分析了输出信号相位噪声与环路结构及环路内各器件噪声特性的关系。然后根据系统对低相位噪声特性的要求,通过分析、对比几种常用结构毫米波频率合成源的特点,确定了毫米波双环锁相频率源的方案,并进行了方案指标的分配、方案设计及指标核算。根据系统方案,设计了锁相环合理的环路带宽。利用电磁场仿真软件ADS,设计了滤波器、耦合器等无源电路。最后,对各部分电路的布局、接地等方面进行电磁兼容设计,通过反复调试程序及电路,基本实现了系统指标要求。实测结果表明,毫米波频率合成源输出信号可在35～36GHz的频率范围内以10MHz的步进频率变化,在整个输出信号频率范围内,相位噪声指标优于-80dBc/Hz@1kHz。
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