V波段小步進(jìn)頻率源研究.pdf

1、毫米波頻率源作為毫米波系統(tǒng)的核心部件，被廣泛應(yīng)用于毫米波雷達(dá)、星際通信、精確制導(dǎo)、電子對抗以及測試儀表等許多現(xiàn)代電子系統(tǒng)中。V波段是頻率為50～75GHz的毫米波波段，它處于強(qiáng)大氣衰減區(qū)域，在保密通信、無線個(gè)人局域網(wǎng)(WPAN)、智能交通系統(tǒng)以及星際鏈路(ISL)等領(lǐng)域有著特殊的應(yīng)用潛能。目前國內(nèi)外多家公司先后研制成功了60GHz頻率的調(diào)制連續(xù)波(FMCW)汽車防撞雷達(dá)。隨著V波段軍事和民用電子應(yīng)用系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對該波段高性能頻率源的

2、研制提出了越來越高的要求，研制低相位噪聲、高頻率分辨率的V波段頻率源具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文在課題組X波段低相噪頻率合成器的現(xiàn)有研究工作基礎(chǔ)上，以實(shí)現(xiàn)小步進(jìn)、低相噪、寬頻帶的V波段頻率源為目標(biāo)，在V波段頻率合成器的總體技術(shù)方案分析設(shè)計(jì)、X波段小步進(jìn)頻率合成器有源環(huán)路濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)、Ka波段有源三倍頻器和V波段無源二倍頻器的設(shè)計(jì)以及V波段頻率源試驗(yàn)系統(tǒng)總體調(diào)試等方面進(jìn)行了深入的研究，取得了以下工作進(jìn)展：
　　1、根據(jù)V波段

3、小步進(jìn)頻率合成器的技術(shù)指標(biāo)要求，進(jìn)行了頻率源系統(tǒng)總體技術(shù)方案的分析設(shè)計(jì)。提出了基于X波段小步進(jìn)鎖相頻率合成器結(jié)合Ka波段有源三倍頻和V波段無源二倍頻直接頻率合成技術(shù)來實(shí)現(xiàn)V波段小步進(jìn)頻率源的系統(tǒng)方案。利用小步進(jìn)、低雜散的DDS模塊和低相位噪聲的X波段混頻鎖相模塊相結(jié)合，產(chǎn)生X波段的小步進(jìn)、低相噪輸出信號(hào)，采取有源和無源倍頻相結(jié)合的六倍頻技術(shù)，將X波段的信號(hào)倍頻至V波段。該方案實(shí)現(xiàn)了將DDS、PLL、DS三種頻率合成方式的有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)

4、揮了DDS超高頻率分辨率、PLL優(yōu)良的雜散抑制性能和DS簡單易行等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)聯(lián)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案是實(shí)現(xiàn)毫米波段寬帶、高頻率分辨率、低相位噪聲頻率源的切實(shí)可行的系統(tǒng)方案。
　　2、采取有源環(huán)路濾波技術(shù)拓展了原有X波段混頻鎖相頻率合成器的工作頻率范圍。根據(jù)相位噪聲指標(biāo)要求，對環(huán)路參數(shù)(相位裕量、環(huán)路帶寬)和環(huán)路濾波器電路進(jìn)行了仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用頻率分辨率高達(dá)赫茲量級的DDS信號(hào)作為X波段混頻鎖相源的參考信號(hào)，結(jié)合分頻鎖相技術(shù)

5、能實(shí)現(xiàn)較寬工作帶寬的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了X波段較寬工作頻帶、小步進(jìn)的高性能頻率源。實(shí)測結(jié)果表明，該頻率合成器輸出頻率范圍為9～9.55GHz(原有無源環(huán)路實(shí)現(xiàn))和9.7～10.05GHz(采用有源環(huán)路實(shí)現(xiàn))，頻率步進(jìn)≤60Hz，相位噪聲優(yōu)于-104dBc/Hz@10kHz，輸出功率介于1.78～7.51dBm之間，性能穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求。
　　3、采用混合集成電路技術(shù)，利用商用HMC441LC3B和AMMC5040芯片，設(shè)計(jì)了Ka波段

6、有源三倍頻器。實(shí)測結(jié)果表明，在輸入功率2dBm情況下，輸出頻率在25～30GHz范圍內(nèi)，輸出功率大于19.2dBm，倍頻增益大于17.2dB，最大輸出功率為20.28dBm，最小輸出功率為19.2dBm，輸出功率電平在寬頻帶范圍內(nèi)頻響性能優(yōu)良。
　　4、基于Erickson平衡式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了V波段混合集成無源二倍頻器。采用UMS公司的雙結(jié)電阻性Schottky二極管DBES105a作為非線性器件，輸入輸出嵌入電路以及其他無源電路部分

7、采用懸置帶線結(jié)構(gòu)，使用0.127mm厚的Rogers5880作為介質(zhì)基片。通過三維電磁仿真軟件HFSS和電路仿真器ADS對包含二極管和外圍無源電路的倍頻器整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模以及性能優(yōu)化，確定二極管輸入輸出嵌入電路的結(jié)構(gòu)參數(shù)。測試結(jié)果表明：輸入功率為15dBm的情況下，在輸出頻率54～60GHz的范圍內(nèi)，輸出功率大于2dBm，最小倍頻效率為5.8％，最大輸出功率達(dá)到6dBm，最大倍頻效率達(dá)到12.3％。
　　5.在上述工作基礎(chǔ)上，將X