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S波段低相噪频率源研究

作　者: 赖思
导　师: 羊恺
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 频率合成 VCO PLL 低相位噪声
分类号: TN74
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 44次
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内容摘要

本文主要设计制作以及调试了一个2.4 GHz到2.7GHz的低相噪频率源和2.4GHz到2.7GHz的压控振荡器。微波技术和雷达通信的迅猛发展直接导致了对高质量低相噪频率源的要求越发提高,良好的频率源由于很大程度上决定了系统性能而有着举足轻重的地位。在频率源的一系列指标中,相位噪声是其中很重要的参数之一,低相噪的频率源随着各行业的迅速发展而被越发广泛的采用。压控振荡器(VCO)作为锁相环频率合成结构(PLL)中必不可少的部件需求量也越来越大,用变容二极管作为为调谐结构的压控振荡器占了较大比例。本文首先讨论了负阻低相噪VCO的基本原理、反馈理论以及负阻理论,然后对两端口振荡器的设计方法进行阐述,使用软件对其进行设计和仿真,实现了用于PLL系统的2.4-2.7GHz VCO。实测后,频段内的相位噪声达到了-90dBc/Hz@10KHz,功率为-1.61dBm,和仿真结果能较好吻合,满足了设计指标要求。同时,本文对PLL结构进行了详细研究,利用ADIsimPLL和ADS软件对环路滤波器进行设计,选择单片机Atmega8为核心控制锁相芯片ADF4106的频率输出,利用成功制作的VCO以及滤波器进行锁相。对屏蔽壳的有效设计、制作PCB板时遵循的高频布线规则以及对电磁兼容影响的考虑等等都有效的降低了频率源的输出噪声。综上,最终成功研制了基于上述VCO的PLL结构低相噪S波段频率源。测试结果表明性能指标达到了预期要求。对最终结果进行分析,针对不足之处提出了后续的改进措施。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章引言  8-12
  1.1 频率合成技术概述  8
  1.2 频率合成器主要技术指标  8-9
  1.3 频率合成技术的发展  9-11
  1.4 本课题的研究意义及主要工作  11-12
第二章锁相环频率合成基础  12-35
  2.1 锁相环基础结构  12-13
  2.2 鉴相器作用及模型  13-18
    2.2.1 基本模型  13-15
    2.2.2 鉴频鉴相器的工作原理  15-18
  2.3 环路滤波器作用及模型  18-24
    2.3.1 不同类型环路滤波器的传输特性  19-21
    2.3.2 环路稳定性判定  21-24
  2.4 压控振荡器作用及模型  24-25
  2.5 锁相环工作原理及相噪分析  25-35
    2.5.1 动态方程  25-28
    2.5.2 跟踪和锁相捕获  28-30
    2.5.3 相位噪声及模型  30-33
    2.5.4 带宽选择及相噪估算  33-35
第三章压控振荡器设计  35-40
  3.1 性能指标  35-36
  3.2 负阻理论与分析  36-38
    3.2.1 振荡条件  36-37
    3.2.2 平衡条件  37
    3.2.3 稳定条件  37-38
  3.3 两端口负阻振荡器设计  38-40
第四章压控振荡器的仿真和实现  40-54
  4.1 模型的建立  40-48
    4.1.1 器件选择  40-42
    4.1.2 有源电路模型的建立  42-45
    4.1.3 调谐回路模型的建立  45-47
    4.1.4 压控振荡器整体模型  47-48
  4.2 仿真结果  48-50
  4.3 实物及测试结果  50-54
第五章频率源的设计及实现  54-70
  5.1 设计指标  54
  5.2 方案设计  54-55
  5.3 方案实现  55-64
    5.3.1 器件选择  55-58
    5.3.2 锁相环环路滤波器设计  58-61
    5.3.3 PCB 板的实现  61-62
    5.3.4 锁相芯片程序编写要点  62-64
  5.4 实物及测试结果  64-68
  5.5 后续改进的思考  68-70
第六章结论  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
攻硕期间的研究成果  74-75

S波段低相噪频率源研究

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