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低杂散、捷变频毫米波频率合成器的研制

作　者: 郭杰亮
导　师: 蔡竟业
学　校: 电子科技大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 频谱纯度捷变频毫米波射频前端直接数字频率合成
分类号: TN74
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 181次
引　用: 3次
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内容摘要

众所周知,系统前端设计的好坏将直接影响发射信号的质量,接收机噪声系数,灵敏度和输出信噪比等指标,且前端的性能必然涉及到频综的实现和性能。随着信息技术的发展,现代电子系统对频率源的指标要求越来越高,往往要求其同时具有高频率、宽频带、捷变频、小步进、低相噪和低杂散等性能。目前,大多数频率合成系统都是通过锁相环来完成其频率捷变功能,它无法解决频率分辨率和捷变频之间的矛盾,即变频时间受到鉴相频率和环路带宽的制约,一般只能达到微秒量级,严重制约了频综器的性能。在毫米波雷达系统的收发射前端设计中,本振频率源的产生始终是一个技术难点,它直接决定着整个系统性能的好坏。同时,对全相参系统而言,为了提高其性能,一般要求系统的本振频率源具有极高的频率稳定度和频谱纯度。此外,频综系统还应尽量做到小型化。为此,在对现有基本频率合成技术以及常用跳频频率合成技术方案进行分析和对比的基础上,本文提出了一种由DDS加倍频、混频构成的适用于超高速跳频的频率合成器设计方案,并且采用该方案完成了一套8毫米波段相参雷达射频前端的设计工作。在方案设计上,综合考虑了变频本振(频综)和射频前端电路的特点和设计要求,并对频率分配进行了合理规划,最终毫米波频段的脉冲压缩信号通过将DDS输出的线性调频(LFM, Linear Frequency-Modulated)信号经三次上变频来实现。从具体实现看,三次变频的结构既降低了本振的实现难度,又在频谱纯度(相噪和杂散水平)与变频时间等关键技术指标上得到了较高的综合表现。理论上该频综在毫米波频段的频率转换时间可以达到百纳秒量级,较好地解决了在保证频率高速切换条件下达到较高频谱纯度要求的技术难点。实测结果表明:在毫米波频段系统相噪水平均优于-91dBc/Hz@1KHz,最小步进为1MHz,带宽160MHz时,发射信号杂散电平小于-60dBc,本振信号杂散电平小于-65dBc,系统最大变频(频差160MHz)时间小于1微秒,满足了系统收发前端的综合指标要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章引言  13-20
  1.1 频率合成技术简介  13-15
    1.1.1 频率合成技术的性能要求  13-14
    1.1.2 频率合成技术的分类  14-15
  1.2 频率捷变系统及其特点  15-16
  1.3 毫米波系统简介  16-18
    1.3.1 毫米波系统的特点  17
    1.3.2 毫米波系统的应用  17-18
  1.4 课题简介及论文主要工作  18-20
第二章基于DDS 的捷变频频综理论  20-35
  2.1 DDS 工作原理及其性能分析  20-28
    2.1.1 DDS 基本工作原理  20-22
    2.1.2 DDS 的相位噪声分析  22-23
    2.1.3 DDS 的杂散分析  23-28
  2.2 混频器原理及性能分析  28-30
    2.2.1 混频器的相位噪声  28-29
    2.2.2 混频器件的选择  29-30
  2.3 基于DDS 的捷变频技术分析  30-34
    2.3.1 直接频率合成技术  30
    2.3.2 DDS+PLL 技术  30-31
    2.3.3 DDS+DS 技术  31-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章系统方案设计与可行性论证  35-44
  3.1 系统功能及指标要求  35-38
    3.1.1 系统功能  35-36
    3.1.2 指标要求  36-38
  3.2 系统的方案设计  38-40
    3.2.1 系统总体工作原理  38-39
    3.2.2 变频方案设计  39-40
    3.2.3 各级本振源的设计  40
  3.3 系统方案可行性论证  40-43
    3.3.1 系统相噪指标  41-42
    3.3.2 系统杂散指标  42
    3.3.3 变频时间  42
    3.3.4 其它指标  42-43
  3.4 课题方案小结  43-44
第四章关键电路的研制  44-63
  4.1 DDS 功能模块  44-50
    4.1.1 DDS 芯片的选择  44-46
    4.1.2 LFM 信号的产生  46-48
    4.1.3 跳频本振源的实现  48-49
    4.1.4 DDS 两路输出干扰分析  49-50
    4.1.5 DDS 电路设计要点  50
  4.2 变频电路功能模块  50-53
    4.2.1 变频互调杂散抑制  51-52
    4.2.2 变频电路设计要点  52-53
  4.3 倍频分频电路模块  53-56
    4.3.1 4/5 倍频电路和8 倍频电路实现  53-55
    4.3.2 毫米波倍频链路实现  55
    4.3.3 分频电路的实现  55-56
  4.4 功率控制功能模块  56-58
  4.5 控制电路的实现与调试  58-60
  4.6 系统设计和联调小结  60-63
第五章系统测试结果及分析  63-74
  5.1 系统模块实物图  63-66
  5.2 系统测试结果  66-72
    5.2.1 输出频谱测试  66-70
    5.2.2 变频时间和输出功率测试  70-71
    5.2.3 毫米波LFM 信号测量  71-72
  5.3 测试结果小结与改进建议  72-74
第六章结论  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间的研究成果  79-80

低杂散、捷变频毫米波频率合成器的研制

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