捷变频、低相噪射频通道的设计与实现
作者单位：哈尔滨工业大学
学位级别：硕士
导师姓名：邱景辉
授予年度：2022年
学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学]
摘 要：射频通道是雷达系统中微波信号的传输通道,是雷达系统中微波信号产生、转换的主要单元。随着现代雷达技术的快速发展,射频通道的体积越来越小,集成度也越来越高,在这种情况下,保持射频通道的高性能综合设计尤为重要。通常情况下,雷达系统中的射频通道主要由频率综合、接收通道和发射通道组成。随着射频通道的快速发展,接收通道和发射通道的设计水平和工艺水平已非常成熟;而频率综合作为射频通道的“心脏,其性能直接影响接收通道和发射通道的信号质量,从而影响整机系统的技战术指标。比如,收发信号的频率切换时间、相位噪声和杂散抑制等这些重要指标均取决于频率综合输出信号的质量,因此,经过多年技术水平的迭代,频率综合的捷变频、低相噪乃至于低杂散设计仍然是射频通道整个设计方案的重点。此外,随着近年来国际贸易形式的影响,国内雷达系统已逐步向国产化方向发展。与同类型成熟应用的进口元器件相比,国产化元器件因起步较晚和工艺、设计的差异性,其性能并不能完全覆盖原有器件的水平,经过行业了解,射频通道的频率综合部分采用国产器件的验证经验较少。因此,通过对射频通道核心电路的国产化验证,实现射频通道的捷变频、低相噪及低杂散等高指标,是本课题的研究方向。本文就是在上述背景下,开展的课题研究,通过对一款X波段小型化多通道射频通道的方案分析,开展了详细设计工作,对核心电路采用了国产元器件,并进行了攻关验证,对射频通道实物进行了测试验证,最终取得了满足整机系统要求的技术指标。通过综合分析,该射频通道的性能与同类其他产品相当,基本达到了设计预期。本文以当前较为广泛应用的DDS直接数字频率合成技术为核心,同步采用了直接倍频相结合的技术方案,研制成功了一款1GHz带宽、四收两发的X波段射频通道组合,该射频通道包含频率综合、接收和发射通道。本文主要的研究进展包括:(1)根据项目需求牵引,提出射频通道的设计期望,包含了外形结构、机械接口、技术指标、环境适应性等要求;(2)根据整机系统分解的技术要求,对射频通道进行总体方案论证与设计。根据工作频率和带宽,论证收发通道需要采用两次频率搬移;根据小于2us的捷变频要求,结合X波段1GHz工作带宽及步进频率,提出了采用国产化DDS直接数字合成,以国产化现场可编程逻辑器件并行控制的方式实现频率的快速跳变;采用直接倍频的方案,产生的信号与DDS信号相混频从而产生低相噪高本振信号。(3)两个重要电路的设计与验证:DDS电路:使用振芯科技生产的GM4912C芯片,使用深圳国微生产的FPGA现场可编程逻辑器件SMQ2V1000FG256进行软件写入和控制;为获得较低的杂散抑制,通过试验,DDS参考时钟选用3600MHz;直接倍频电路:使用梳状谱发生器,产生时钟信号的高次阶跃信号,通过功分滤波,得到需要的三个倍频信号,再进行四倍频,分别产生10240MHz、10560MHz和10880MHz三个高频信号,分时输出;(4)进行射频通道分功能、分部件级的工程设计。(5)进行频综部分、收发通道部分的实物测试调试及验证综上,本文根据射频通道的发展趋势和使用背景,围绕射频通道的捷变频、低相噪等重要指标开展方案论证,在核心电路采用国产器件的情况下,进行详细设计论证、实物测试和开发验证工作,从而解决捷变频、低相噪等指标在应用国产器件的情况下的实现难题。
同方学位论文库