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W波段低相噪锁相频综技术研究

马海虹  
【摘要】: 毫米波频率源是构成毫米波雷达通信系统的关键部件,对该技术的研究具有重要的现实意义。本文在分析毫米波锁相源相位噪声的基础上,开展了W波段低相噪锁相频综技术的研究。 本文的主要贡献表现在以下几个方面: 在分析频率合成技术的基础上,讨论了三种锁相方案,并以X波段锁相频率源的研制过程为例,分析了混频锁相方法,明确指出了混频锁相过程中,微波射频信号、本振信号以及中频锁相信号三者之间相位噪声的内在关系。 相位噪声是频率合成器的重要技术指标之一,由于毫米波双环锁相频率源的系统构成复杂,各部件相噪特性对输出信号的相位噪声有不同的影响。本文针对毫米波双环锁相频率源,分析了其相位噪声的主要影响因素,并提出了一种估测毫米波锁相源相位噪声的便捷方法。与传统估测方法相比较,该新的估测方法利用了毫米波锁相源研制过程的微波频率源,以及微波本振源与毫米波VCO混频后的中频信号的相位噪声,简单易行。为验证其正确性和可行性,采用该估测方法对95GHz双环锁相频率源的相位噪声进行估测,并与传统的毫米波基波混频测试方法相比,二者吻合较好。 通过对毫米波双环锁相源相位噪声的分析,指出了毫米波射频信号、微波本振信号以及毫米波的中频锁相信号三者之间的相位噪声关系。明确指出,通过改善微波本振源的相位噪声,可以有效地改善毫米波锁相源的相位噪声指标。为验证该结论的正确性,采用低相位噪声的微波本振源,通过谐波混频方式,研制出95GHz低相噪毫米波锁相频率源,其相位噪声在偏离载波10kHz位置处优于-90dBc/Hz,该指标远远优于最初采用双环锁相方式获得的95GHz频率源的相位噪声指标,且优于目前公开报道文献中采用锁相方法达到的技术水平。 DDS是获得捷变频率源的有效方法。本文采用混频方式,利用低相位噪声的微波倍频源做本振驱动信号,与微波VCO输出信号混频,然后对获得的中频信号进行锁相,同时,采用DDS输出信号作为锁相的参考频率,从而研制出低相位噪声的X波段捷变频率源。 在W波段,由于频段较高,只采用DDS技术,难以实现频综源研制。本文结合PLL、DDS以及倍频等频率合成方法,首先在微波频段实现了低相位噪声频率源的研制,然后采用谐波混频方式,将微波本振信号和毫米波VCO基波信号混频,产生一个毫米波的中频信号。利用锁相电路对该中频信号进行锁定,从而实现了W波段信号的锁相,并实现了频率跳变,最终研制出了低相位噪声的W波段锁相频综源,其性能良好,在毫米波雷达系统应用方面具有广阔的前景。


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