X波段变频/频率源组件研究

论文摘要

微波变频技术的研究是微波集成电路中相当重要的部分。不论是微波通信、雷达、遥控、遥感,还是侦察与电子对抗,以及许多微波测量系统,对变频技术的研究都是必不可少的。在微波系统应用研究中,X波段是比较重要的微波频段。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波段变频技术的研究很有意义。本文主要通过对锁相频率源、宽带倍频器和上变频器的研究,实现低杂散、高功率平坦度的宽带扫频信号输出。系统共有两个输入信号,均为DDS产生的扫频信号。其中一个为窄带中频信号,中心频率为175MHz,带宽50MHz;另一个输入为本振信号,中心频率165.3125MHz,带宽75MHz。分别经上变频和倍频后得到S波段中频信号和X波段本振信号,再通过X波段变频调制输出;输出信号中心频率为6GHz,带宽±600MHz。文章首先介绍了锁相频率合成技术的发展,以及倍频器国内外发展动态。其次简单阐述了锁相频率源、倍频器以及混频器的基本工作原理、主要特点和分析方法。接下来,为满足系统指标要求,提出系统设计方案,并进行分析。将系统划分为四个主要功能模块——为系统内部提供本振信号的锁相频率源模块、输出X波段本振信号的宽带变频模块、调制输出窄带中频信号的S波段上变频模块,以及上变频得到系统所需输出的X波段变频模块。论文中对各个子系统模块进行方案设计,并进行了可行性论证。之后,以设计方案为指导,适当选取元器件,利用相关工程软件进行电路设计,通过大量实验调试,完成系统样机制作。最后,完成实验测试并分析实验结果,给出了改进意见。本论文的难点在于实现低杂散、高功率平坦度的宽带信号输出。通过对宽带变频技术的研究实验,细致的频率规划,正确的器件选择,严格的分析论证和反复的实验研究,最终完成了系统研制,达到了指标要求。系统输出功率大于-15dBm,杂散抑制度优于42dBc,输出功率平坦度优于4.4dB。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 频率合成的基本概念
• 1.2 频率合成技术的发展
• 1.3 倍频器国内外发展动态
• 1.4 研究X 波段宽带变频技术的意义
• 1.5 本论文所做的工作
• 第二章 基本理论和原理
• 2.1 锁相频率源的理论基础
• 2.1.1 锁相环的结构及工作原理
• 2.1.2 锁相环的线性化分析
• 2.1.3 环路稳定性分析
• 2.1.4 锁相环路的噪声分析
• 2.1.5 环路带宽的最佳选择
• 2.1.6 杂散及其产生的原因
• 2.2 倍频器基本理论
• 2.2.1 倍频器的原理
• 2.2.2 倍频器设计要点及规则
• 2.2.3 GaAs 肖特基势垒二极管结构及工作原理
• 2.2.4 偶次倍频原理
• 2.2.5 巴伦简介
• 2.3 微波集成混频器的基本理论
• 2.3.1 混频原理阐述
• 2.3.2 混频器的主要参数
• 第三章 系统方案及电路设计
• 3.1 系统方案提出
• 3.2 微波锁相频率源模块方案设计
• 3.2.1 锁相频率源方案研究
• 3.2.2 锁相频率源的仿真研究
• 3.2.3 锁相频率源的设计
• 3.3 宽带变频模块方案设计
• 3.3.1 上变频电路方案设计
• 3.3.2 宽带倍频电路方案设计与分析
• 3.3.2.1 宽带倍频电路设计
• 3.3.2.2 宽带倍频电路杂散分析
• 3.4 S 波段上变频链模块方案设计
• 3.5 X 波段变频模块方案与设计
• 第四章 实验研究及实物图
• 4.1 锁相频率源模块实验研究
• 4.1.1 锁相频率源模块实物图
• 4.1.2 锁相频率源模块实验测试
• 4.1.2.1 820MHz 频率输出信号及噪声测试
• 4.1.2.2 1GHz 频率输出信号及噪声测试
• 4.1.2.3 3.3GHz 频率输出信号及噪声测试
• 4.2 宽带变频链模块实验研究
• 4.3 S 波段上变频链模块实验研究
• 4.4 系统整体实验研究
• 4.5 下一步研究改进建议
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果