X波段宽带频率源的研究

论文摘要

频率源是现代通讯系统必不可少的关键电路,是决定电子系统性能的关键设备。雷达、电子对抗、通信等技术的迅猛发展,对频率源提出了越来越高的要求。现在的频率源大多采用频率合成技术实现,也称为频率合成器。本文介绍了一种小步进、宽频带、低杂散、低相噪的X波段跳频源,采用单片机（MCU）控制的“DDS+PLL”的混合频率合成技术,通过优化程序算法、采取合理的电磁兼容设计,实现了系统功能和指标要求。本文首先深入研究了DDS（直接数字频率综合）和PLL（锁相环）两种常用频率综合技术的特点及基本理论。在分析比较了几种频率扩展技术的优缺点后,拟定采用DDS激励PLL的方案来完成设计。该方案利用了DDS低相噪、高分辨率的优点及PLL的窄带滤波特性,来满足方案的各项指标要求,结构简单,性能稳定。此方案避免了采用混频、倍频等方式引入的大量杂散分量和减少了因滤除杂散所必须引入的滤波器的数量,从而简化了电路结果、减小了电路体积,增加了电路的稳定性。然后进行了全面的方案论证和详细的频率规划,根据选用的VCO合理地设计了分频比,并针对相位噪声、杂散、频率步进、带宽等系统指标作了可行性分析。根据要求,选择了DDS芯片AD9858、PLL芯片ADF4106、VCO HMC588LC4B及HMC441、SGA2486等器件来搭建系统电路,用单片机PIC18F6722完成跳频功能,通过频率控制字、分频比的变化,从而控制输出频率及跳频方式。最后介绍了系统的调试过程、调试中应该注意的问题以及频率合成器的电磁兼容设计,并且对实验结果作了分析。其测试结果为:工作频率范围为8GHz～12.5GHz;非谐波杂散抑制优于-53dBc;谐波杂散抑制优于-30dBc;相位噪声优于-81dBc/Hz@10kHz;跳频步长为1MHz。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 频率综合技术概述
• 1.1.1 频率合成技术的发展
• 1.1.2 合成频率源的主要技术指标
• 1.2 研究X 波段宽带频综源的意义
• 1.2.1 国内外发展动态
• 1.3 本论文所做的工作
• 第二章 频率综合技术的基本理论
• 2.1 直接频率合成
• 2.2 锁相频率合成技术
• 2.2.1 锁相环关键指标分析
• 2.2.2 环路滤波器
• 2.3 DDS 技术的基本理论
• 2.3.1 DDS 的工作原理
• 2.3.2 DDS 的性能特点
• 2.3.3 DDS 的频谱分析
• 2.3.4 DDS 的相位噪声分析
• 第三章 X 波段宽带频率源的设计
• 3.1 课题指标
• 3.2 系统方案的选择
• 3.2.1 DDS 与PLL 输出相混频方式
• 3.2.2 DDS 内插PLL 方式
• 3.2.3 DDS 激励PLL 方式
• 3.2.4 DDS 倍频方式
• 3.2.5 FNPLL 频率合成方式
• 3.3 系统方案
• 3.4 系统指标分配
• 3.4.1 频率分辨率的可实现性
• 3.4.2 相位噪声分析
• 3.4.3 杂散指标分析
• 3.5 电路设计
• 3.5.1 DDS 部分的设计
• 3.5.3 单片机控制部分的设计
• 3.5.4 PLL 电路的电磁兼容设计
• 第四章 系统调试和结果分析
• 4.1 X 波段宽带频率源的调试
• 4.1.1 控制电路的调试
• 4.1.2 DDS 的调试
• 4.1.3 锁相环部分调试
• 4.1.4 系统联调
• 4.2 频综最终实物
• 4.3 X 波段宽带频综源测试系统
• 4.4 最终测试结果
• 4.4.1 相位噪声测试结果
• 4.4.2 近端杂散测试结果
• 4.4.3 远端杂散测试结果
• 4.4.4 谐波抑制测试结果
• 4.5 系统测试结果分析
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间的研究成果