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W波段锁相倍频源技术研究

詹铭周  
【摘要】: W波段是目前军用毫米波技术开发的高端,W波段系统的实现大多依赖于频率源的实现。国外,低相噪、宽频带、小型化、低功耗的锁相倍频源成为毫米波中小功率频率源的最佳实现方式。由于工艺限制,国内W波段频率源的主要实现方式仍然依靠Gunn氏锁相源,体积功耗较大,一般为点频,且不具有宽频带的潜力。本文的主要任务就是对低相噪、小步进、小型化、低功耗的W波段锁相倍频源展开研究。 首先,本文对混频锁相环和带有附加噪声恶化的有源、无源器件的噪声模型作了分析和研究。以此为理论基础,制定了微波锁相再12次倍频的方案来实现W波段锁相倍频源。在第三章中采用混频锁相、电磁兼容和电路双面安装等技术成功地解决了本课题的关键技术之一,即实现低相位噪声、小步进、低杂散、小体积、低功耗的微波混频锁相频综单元,保证系统在W波段有较好的相噪和杂散等指标。 毫米波12次倍频链的实现以及降低变频损耗是本文的首要难点。本文对此进行了深入分析,采用了×4×3级联倍频的方式,在Ka波段四倍频中,使用MMIC倍频单片以简化设计难度并提高电路可靠性,实现了20dBm的功率输出和大于23dBc的谐波抑制;在对平衡式倍频的原理作了理论分析的基础上,研究了本课题的核心问题(W波段无源三倍频器),对嵌入到波导腔体结构内部的平衡二极管对的其外部匹配电路进行了3DEM分析,利用场路结合的方法对三倍频器进行了设计和优化,提高了一次性设计的成功率。 最后本文对W波段锁相倍频源进行了系统测试,以带附加噪声恶化的谐波混频器噪声模型为依据,分析了用频谱仪外混频法测得的相位噪声结果。测试结果表明,本文在98×95×27mm~3的体积内,实现了输出频率为92.4GHz~95.6GHz,步进40MHz的W波段锁相倍频频综源,在整个输出频率范围内,相位噪声指标优于-75dBc/Hz@10kHz,输出功率在-5.7dBm~-3.6dBm之间;在以输出频率中心15GHz的带宽内谐杂波抑制度达到50dB以上,功耗8W。相信本文的完成对W波段频综源的发展具有一定积极意义和推动作用。


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