C波段低噪声频率合成器的设计

论文摘要

频率合成器是现代电子设备的核心部件之一,随着现代通信和雷达技术的迅猛发展,对频率源的指标要求愈来愈高,特别是相位噪声,己成为制约现代电子系统的一个“瓶颈”。因此低噪声频率合成器的设计就成为当前微波领域的重要研究课题。本论文基于锁相环的基本原理和数学模型,结合射频振荡器的设计理论和方法,借助于ADS(Advanced Design System)卓越的仿真性能和强大的数据后处理能力,完成了C波段低噪声锁相频率合成器的设计。由于锁相频率合成器的带外相位噪声主要是由环路中的压控振荡器的相位噪声来决定的,设计一个噪声性能良好的压控振荡器是十分重要的。本文详细讨论了压控振荡器的相位噪声模型,提出了改善相位噪声的措施。然后应用ADS对压控振荡器进行设计和仿真,经过优化后以聚四氟乙烯玻璃布板为衬底完成了射频电路板的制作。最后通过优化获得锁相频率合成器的环路带宽、相位裕量、锁定时间以及相位噪声等参数,给出了由美国国家半导体公司的LMX2486芯片、二阶无源环路滤波器和压控振荡器构成的频率合成器的设计方法,ADS仿真结果表明,采用30KHz带宽和无源二阶滤波器可以获得很好的相位噪声性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 频率合成器的研究意义
• 1.2 频率合成器概述
• 1.3 频率合成器的性能指标
• 1.4 频率合成器的发展现状
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章 锁相频率合成器的原理和特性分析
• 2.1 基本组成和原理
• 2.2 锁相环的数学模型
• 2.2.1 鉴相器
• 2.2.2 环路滤波器
• 2.2.3 压控振荡器
• 2.3 锁相环的性能
• 2.3.1 环路的跟踪性能
• 2.3.2 环路捕获性能
• 2.4 锁相环的稳定性
• 2.5 频率合成器的噪声特性分析
• 2.5.1 相位噪声的概念
• 2.5.2 锁相环的相位噪声
• 2.6 分数频率合成器
• 2.7 本章小结
• 第三章 频率合成器的设计
• 3.1 频率合成器的设计原理
• 3.2 主要元件的选择及性能介绍
• 3.2.1 晶体振荡器
• 3.2.2 频率合成器集成芯片（LMX2486）
• 3.2.3 低通滤波器（LPF）
• 3.2.4 压控振荡器
• 3.3 本章小结
• 第四章 压控振荡器的设计和仿真
• 4.1 振荡器的一般理论
• 4.1.1 振荡器的分类
• 4.1.2 振荡器的主要指标
• 4.2 振荡器的原理
• 4.2.1 反馈振荡器的基本原理
• 4.2.2 负阻振荡器的基本原理
• 4.3 压控振荡器的噪声
• 4.3.1 压控振荡器的相位噪声模型
• 4.3.2 降低VCO噪声的措施
• 4.4 压控振荡器的设计
• 4.4.1 器件选取
• 4.4.2 原理图
• 4.4.3 振荡器的起振
• 4.4.4 振荡原理图和仿真结果
• 4.5 压控振荡器的板图设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 频率合成器的仿真和优化
• 5.1 频率合成器的设计方法
• 5.2 频率合成器的ADS模型
• 5.3 环路滤波器的设计和优化
• 5.4 频率合成器噪声性能的仿真
• 5.5 频率合成器瞬态特性的仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果