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W波段频率源技术研究与应用

张永鸿  
【摘要】: 随着通信和雷达的发展,人们对毫米波频率源的要求越来越高。简单的毫 米波固态源频率稳定度和相位噪声较差,难以满足要求,因此有必要研究以晶 振为参考源的W波段频率源。 本文第一章中介绍了W波段固态频率源的概况,指出研制高质量频率源 的必要性;第二章中对毫米波双端口振荡器进行了深入研究,研制成功W波 段模拟和数字锁相源;第三章针对W波段数字通信系统型号任务,研制成功 W波段可直接数字信号调频的锁相源,大大降低系统成本;第四章对微波毫米 波倍频器进行了研究;第五章中研制了W波段低相噪、低杂散的倍频源,并 介绍了其在雷达系统中的应用。 本文首先对毫米波双端口耿氏谐波振荡器中的二次谐波和基波的相互作 用进行了理论分析,研制成功高Q腔稳频的偏压调谐双端口振荡器和变容管调 谐双端口振荡器。在此基础上研制的W波段模拟锁相源在偏离载波10kHz处 的相位噪声达到-77dBc/Hz;而W波段数字锁相源具有体积小、可靠性高,便 于工程应用的特点。对毫米波锁相环中锁相的谐波混频中频与毫米波信号的相 位噪声关系进行了比较,指出了用锁相中频相位噪声代替毫米波锁相源指标的 不妥之处。文中还针对W波段通信系统型号研制任务,对锁相源直接数字信 号调频的可行性进行了理论分析,研制了高稳定、高可靠性、实用化的W波 段直接数字调频锁相源。研制的W波段军用数字通信系统和民用频率跟踪系 统具有成本低、可靠性高,便于应用的特点,并从实验角度证明了锁相源的直 接数字信号调频理论的正确性。 其次,本文对用于倍频的双平衡混频器输出频谱进行了分析,证明它适合 于偶次倍频。研制的P波段四倍频器倍频损耗为21.2dB,适合对晶振输出信号 进行低相位噪声倍频。文中还分析了PIN二极管的倍频机理,用理想的开关模 型对采用反向并联PIN二极管对的倍频器输出频谱和倍频损耗进行分析,指出 了它适合于奇次倍频。研制的C波段PIN管五倍频器倍频损耗达到了10.6dB, S波段倍频源在偏离载波10kHz处,相位噪声达到-136dBc/Hz。利用PHEMT 和混频二极管研制的U波段四倍频器最大倍频增益为3.5dB,经放大后输出功 率可达40mW,满足W波段基波注锁倍频源的要求。文中还对倍频源的噪声 和杂散来源进行了分析,并提出相应的解决办法,指出闪烁噪声对倍频源的影 响。研制的W波段倍频源相位噪声达到了-98dBc/Hz@10kHz,杂波抑制达到 65dB,并成功地应用于某雷达系统中。 最后,对锁相源和倍频源进行了比较,指出了把二者结合是实现低杂散、 低相位噪声毫米波频率源的有效途径。


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