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X波段高分辨率频率合成器研究与设计

作　者: 廖梁兵
导　师: 张红雨；肖仕伟
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: DDS+PLL 频率合成器 频率分辨率 相位噪声
分类号: TN74
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在微波系统应用研究中,X波段是重要的频段。在雷达上,X波段用于远程跟踪、制导、测绘、机载攻击;此外,X波段在卫星通信、军事防御等电子设备中也有广泛的应用。因此对X波段频率合成技术的研究具有重要意义。随着无线通信技术的迅速发展,电子系统对频率源的要求越来越高,频率分辨率高、相位噪声低、杂散小、频率稳定度高以及频率转换时间短成为频率合成技术的主要研究方向。PLL(锁相环)和DDS(直接数字合成)是重要的频率合成技术。锁相频率合成在频率分辨率较高时相位噪声较差,但它对杂散的抑制性能好、输出频率高;直接数字频率合成具有频率分辨率高、相位噪声低的优点,但输出频率低、杂散大。DDS+PLL组合频率合成技术兼顾了两者的优点,成为重要的频率合成技术。本课题是实现X波段高分辨率频率合成器,其主要技术指标要求是:输出频率为9.5～10GHz;频率分辨率达到100Hz;相位噪声达到-75 dBc/Hz@1kHz ,-85 dBc/Hz@10kH z;杂散小于-50dBc ;输出功率大于10dBm;频率稳定度为±0.05ppm。详细介绍了锁相环和直接数字频率合成的基本结构和工作原理,总结了DDS的杂散来源,包括相位截断、幅度量化和DAC转换误差。系统总结和分析了频率合成器的实现技术,结合系统的技术指标要求,确定了该X波段频率合成器DDS激励PLL的具体实现方案。完成了该频率合成器的设计工作,包括指标细化、电路图设计、PIC单片机控制程序设计和VB串口通信程序设计,选用高性能直接数字合成芯片AD9910产生激励PLL的信号,其频率分辨率达0.23Hz,可变频率范围为95MHz～100MHz ,锁相环路将DDS输出的信号倍频到9.5GHz～10GHz ,达到高频率分辨率、低杂散和高输出频率的目的。完成了该X波段高分辨率频率合成器的调试和测试工作。测试结果表明:达到X波段频率合成器的技术指标要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 引言  10-17
  1.1 频率合成技术概述  10-11
  1.2 频率合成器的主要技术指标及其对通信系统性能的影响  11-14
    1.2.1 频率稳定度  11-12
    1.2.2 相位噪声  12-13
    1.2.3 频率范围  13
    1.2.4 频率分辨率  13-14
    1.2.5 频率切换时间  14
    1.2.6 频谱纯度  14
  1.3 频率合成器国内外发展动态  14-15
  1.4 课题简介和主要工作  15
  1.5 论文安排  15-17
第二章 PLL 和DDS 基本理论  17-28
  2.1 PLL 的基本理论  17-23
    2.1.1 PLL 基本原理  17
    2.1.2 锁相环各个部件的模型  17-19
    2.1.3 锁相环的相位模型  19-21
    2.1.4 锁相环的频率响应  21-22
    2.1.5 环路稳定性分析  22-23
  2.2 DDS 基本理论  23-28
    2.2.1 DDS 的基本原理  23
    2.2.2 DDS 杂散分析  23-25
    2.2.3 DDS 杂散抑制技术  25-26
    2.2.4 DDS 的主要特点  26-28
第三章 X 波段频率合成器方案选择与论证  28-37
  3.1 常用方案分析  28-33
    3.1.1 直接频率合成  28-29
    3.1.2 脉冲取样锁相源  29
    3.1.3 锁相＋倍频方式  29-30
    3.1.4 谐波混频方式  30-31
    3.1.5 分数分频锁相频率合成方式  31-32
    3.1.6 多环方式  32-33
  3.2 DDS+PLL 方案分析  33-36
    3.2.1 DDS 直接激励PLL 方案  33-34
    3.2.2 DDS 内插PLL 方案  34-35
    3.2.3 DDS 内环分频方案  35-36
  3.3 本课题所用方案分析  36-37
    3.3.1 技术指标  36
    3.3.2 方案选择  36-37
第四章 主要器件选择与参数分析  37-53
  4.1 晶振  37-38
  4.2 鉴相器  38-39
  4.3 压控振荡器  39-42
    4.3.1 VCO 的选用  39-42
  4.4 直接数字合成芯片  42-46
    4.4.1 AD9910 的结构与工作模式  42-44
    4.4.2 AD9910 与外围设备的通信  44-46
    4.4.3 AD9910 的技术参数  46
  4.5 中小功率放大器  46-49
  4.6 滤波器  49-50
  4.7 单片机  50-53
    4.7.1 振荡电路设计  51-52
    4.7.2 复位电路设计  52-53
第五章 X 波段频率合成器软硬件设计  53-70
  5.1 X 波段频率合成器详细方案  53-54
  5.2 X 波段频率合成器指标核算  54-57
    5.2.1 频率分辨率指标  54
    5.2.2 相噪  54-55
    5.2.3 杂散抑制  55-57
    5.2.4 其他指标  57
  5.3 X 波段频率合成器单元电路设计  57-62
    5.3.1 锁相环PLL1 的设计  57-59
    5.3.2 锁相环PLL2 的设计  59
    5.3.3 DDS 的设计  59-61
    5.3.4 带通滤波器BPF1 的设计  61-62
  5.4 X 波段频率合成器测试结果  62-69
    5.4.1 PLL1 的调试与测试结果  62-64
    5.4.2 DDS 测试结果  64-65
    5.4.3 PLL2 的调试与测试结果  65-68
    5.4.4 系统联调与测试  68-69
  5.5 分析与改进  69-70
第六章 结论  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录一  75-78
附录二  78-79
作者攻硕期间取得的成果  79-80

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 频率合成技术、频率合成器
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