V波段小步進頻率源研究.pdf

1、毫米波頻率源作為毫米波系統(tǒng)的核心部件，被廣泛應用于毫米波雷達、星際通信、精確制導、電子對抗以及測試儀表等許多現代電子系統(tǒng)中。V波段是頻率為50～75GHz的毫米波波段，它處于強大氣衰減區(qū)域，在保密通信、無線個人局域網(WPAN)、智能交通系統(tǒng)以及星際鏈路(ISL)等領域有著特殊的應用潛能。目前國內外多家公司先后研制成功了60GHz頻率的調制連續(xù)波(FMCW)汽車防撞雷達。隨著V波段軍事和民用電子應用系統(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實意義。
　　本文在課題組X波段低相噪頻率合成器的現有研究工作基礎上，以實現小步進、低相噪、寬頻帶的V波段頻率源為目標，在V波段頻率合成器的總體技術方案分析設計、X波段小步進頻率合成器有源環(huán)路濾波器優(yōu)化設計、Ka波段有源三倍頻器和V波段無源二倍頻器的設計以及V波段頻率源試驗系統(tǒng)總體調試等方面進行了深入的研究，取得了以下工作進展：
　　1、根據V波段

3、小步進頻率合成器的技術指標要求，進行了頻率源系統(tǒng)總體技術方案的分析設計。提出了基于X波段小步進鎖相頻率合成器結合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來實現V波段小步進頻率源的系統(tǒng)方案。利用小步進、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合，產生X波段的小步進、低相噪輸出信號，采取有源和無源倍頻相結合的六倍頻技術，將X波段的信號倍頻至V波段。該方案實現了將DDS、PLL、DS三種頻率合成方式的有機結合，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。系統(tǒng)聯(lián)試實驗結果表明，該方案是實現毫米波段寬帶、高頻率分辨率、低相位噪聲頻率源的切實可行的系統(tǒng)方案。
　　2、采取有源環(huán)路濾波技術拓展了原有X波段混頻鎖相頻率合成器的工作頻率范圍。根據相位噪聲指標要求，對環(huán)路參數(相位裕量、環(huán)路帶寬)和環(huán)路濾波器電路進行了仿真分析和優(yōu)化設計。利用頻率分辨率高達赫茲量級的DDS信號作為X波段混頻鎖相源的參考信號，結合分頻鎖相技術

5、能實現較寬工作帶寬的特點，實現了X波段較寬工作頻帶、小步進的高性能頻率源。實測結果表明，該頻率合成器輸出頻率范圍為9～9.55GHz(原有無源環(huán)路實現)和9.7～10.05GHz(采用有源環(huán)路實現)，頻率步進≤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)指標要求。
　　3、采用混合集成電路技術，利用商用HMC441LC3B和AMMC5040芯片，設計了Ka波段

6、有源三倍頻器。實測結果表明，在輸入功率2dBm情況下，輸出頻率在25～30GHz范圍內，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頻響性能優(yōu)良。
　　4、基于Erickson平衡式結構設計了V波段混合集成無源二倍頻器。采用UMS公司的雙結電阻性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、采用懸置帶線結構，使用0.127mm厚的Rogers5880作為介質基片。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構進行建模以及性能優(yōu)化，確定二極管輸入輸出嵌入電路的結構參數。測試結果表明：輸入功率為15dBm的情況下，在輸出頻率54～60GHz的范圍內，輸出功率大于2dBm，最小倍頻效率為5.8％，最大輸出功率達到6dBm，最大倍頻效率達到12.3％。
　　5.在上述工作基礎上，將X