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一种低相噪频率源的研究与设计

一种低相噪频率源的研究与设计

作者：刘元昆电子科技大学

学位级别：硕士

随着通信电子系统的不断发展,对频率源性能的要求也在不断提高。频率源在电子通信系统占据着重要的地位。而频率合成是频率源研究的关键技术,频率合成技术的发展是实现低相位噪声,高杂散抑制频率源的重要手段。因此频率合成技术的研究... 详细信息

随着通信电子系统的不断发展,对频率源性能的要求也在不断提高。频率源在电子通信系统占据着重要的地位。而频率合成是频率源研究的关键技术,频率合成技术的发展是实现低相位噪声,高杂散抑制频率源的重要手段。因此频率合成技术的研究也是刻不容缓。本文主要研究的内容主要基于锁相频率合成技术实现的一种低相噪频率源。传统的锁相环可以实现低相位噪声,而缺点在于频率转换时间慢;直接频率合成技术,可以实现低相位噪声,快速跳频,但是其输出频带范围窄是其诟病。为了能够满足输出宽频带信号,在保证低相位噪声,低杂散抑制的前提下实现快速跳频,最终确定了“复环取样锁相+DDS+倍频”的方案来进行设计实现。本课题主要分为以下三个部分来进行研究实现:1)3.5GHz点频源模块器件的选型、腔体和版图设计、后期电路的调试工作,主要实现功能输出低相噪、高稳定性、低杂散的点频信号。针对低杂散的要求,采用双环锁相,第一级锁相作为第二级锁相的参考,采用微带耦合,对环内杂散进行很好的抑制;针对低相噪,采用低相位噪声参考,以及环内自混频结构、采用模拟鉴相器实现模拟锁相;最终实现输出点频为3.5GHz,相位噪声-127.45dBc/Hz@1KHz,-133.00dBc/Hz@10KHz,杂散抑制>70dBc。2)DDS模块的版图设计、测试及调试,主要实现输出DC-1.4GHz的宽带信号;调频时间可达90ns,频率步进为1.25KHz,输出功率-5±2dBm。3)倍频滤波模块的版图设计,主要实现输出频率信号的杂散抑制,及频率的选通。采用分段滤波,可以实现对杂散很好的抑制。通过最终进行整机测试,实现了输出5.4GHz-10.8GHz频率信号,输出功率10±2dBm,在10.8GHz,相位噪声为-110dBc/Hz@1KHz,谐波抑制>60dBc,杂散抑制>60dBc,跳频时间在90ns,实现了宽频带,低相噪,低杂散捷变频率源的研究与设计。

关键词：频率源 DDS 杂散抑制相位噪声

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基于锁相环原理的时空表电路设计

基于锁相环原理的时空表电路设计

作者：赵罕哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着时代的发展,人们对频率源的需求越来越大,要求也越来越高,在日常生活中,各类电子产品都需要晶振作为频率源,而高端的应用,如卫星定位,世界时的确认中,则需要原子钟,这些频率源的精度取决于频率基准的精度。而本课题从相位延迟的角... 详细信息

随着时代的发展,人们对频率源的需求越来越大,要求也越来越高,在日常生活中,各类电子产品都需要晶振作为频率源,而高端的应用,如卫星定位,世界时的确认中,则需要原子钟,这些频率源的精度取决于频率基准的精度。而本课题从相位延迟的角度来进行产生精确频率源探索性的研究,开展将具有准确延迟的标准尺提供的相位延迟转换为频率源的时空表电路的设计。探索一种新的频率源产生方式。基于锁相环的原理,可以将标准尺的延迟时间转换为时钟信号。我们分析了时空表电路的工作原理和稳定条件,给出各个模块的工作原理,基于Verilog-A完成了时空表的建模,对环路的关键参数进行了设计与优化,随后完成了各模块电路的设计,重点设计了四个模块:第一,在分析电荷泵非理想性的基础上,提出了缓解各种非理想性的方法,设计了一种高匹配性的电荷泵;第二,设计了一种在0DD范围内都能工作的压控振荡器,并且限制了压控振荡器的最大输出范围;第三,设计了一种具有高度对称性的分频器,有利于提高输出时钟的准确度;第四,设计了一种和电源上电时间无关的上电复位电路,保证了触发器初始态的准确性。本文采用SMIC 180nm CMOS工艺完成了版图的设计,核心电路的面积为255.26μm×180.22μm,加上I/O以后的版图面积为877.66μm×877.66μm,电源电压为1.8V,输出时钟周期为10.006ns,占空比为51.4%,输出时钟前仿真的抖动313.7fs,后仿真的抖动为467.8fs,结果表明,输出时钟满足技术指标的要求。

关键词：频率源锁相环低抖动

375MHz-3GHz宽带频率源设计与实现

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375MHz-3GHz宽带频率源设计与实现

作者：李琼电子科技大学

学位级别：硕士

频率源主要应用于通信基站、相控阵雷达、导航系统、物联网等多种现代化电子系统,主要用于产生系统需要的本振信号,是实现接收或发射通道上下变频的关键器件。为适应多通道多功能应用,频率源逐渐由点频源发展为宽带频率源,其特点为频率... 详细信息

频率源主要应用于通信基站、相控阵雷达、导航系统、物联网等多种现代化电子系统,主要用于产生系统需要的本振信号,是实现接收或发射通道上下变频的关键器件。为适应多通道多功能应用,频率源逐渐由点频源发展为宽带频率源,其特点为频率覆盖范围大,集成度高。2015年工信部指出:十年内核心器件国产化率需达70%,为响应号召,实现核心元器件国产化,提高元器件可靠性和批量生产能力,本论文研究了一款频率范围为375MHz-3GHz的宽带频率源芯片,可应用于实际的阵列化通信系统或其它通信系统的实际工程。本论文从对国内外宽带频率源的研究动态出发,简要阐述目前四种主要频率合成技术,介绍频率合成器的技术原理,结合要实现的参数指标,制定总体技术方案。为实现375MHz-3GHz的宽带频率源,在频率源内部集成两个锁相环环路:宽带低相噪的射频本振环路、低抖动的时钟输出环路。采用多个VCO互相覆盖频段,在同一个VCO中利用开关阵列拓宽VCO的频率范围,达到覆盖整个带宽的目的。对VCO振荡频率做温度补偿,减小VCO输出频率随温度的变化,降低锁定后PLL重新锁相的概率。采用低通滤波器的方式,对VCO的基准源电路、温度补偿偏置电路、LDO电路进行滤波,滤除偏置电路噪声对VCO相位噪声影响。采用低噪声的参考输入电路、PFD/CP电路,低相位噪声的VCO电路（100KHz频偏相噪低于-110dBc/Hz）、电源隔离来实现低均方根抖动输出。本论文完成375MHz-3GHz的宽带频率源芯片研究,芯片支持本振信号和时钟信号同时输出、宽带射频本振输出、低相位噪声、宽参考频率输入范围。射频锁相环支持整数和小数分频;时钟锁相环支持整数分频。射频锁相环集成参考buffer、参考分频器、PFD/CP、宽带VCO、反馈分频器、本振输出分频器、VGA和功率驱动器。支持10MHz~100MHz参考输入,射频输出频率范围为:375MHz-3GHz;时钟锁相环支持30MHz~100MHz输出。典型时钟:48.96MHz时钟输出（采用16.32MHz参考输入）;50MHz、62MHz时钟输出（采用10MHz参考输入）,实现课题预期目标。

关键词： PLL 频率源宽带低相位噪声低抖动

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应用于频控阵雷达的多路锁相频率源研究

应用于频控阵雷达的多路锁相频率源研究

作者：鲍诚诚电子科技大学

学位级别：硕士

频控阵雷达是一种新体制雷达。频控阵与传统阵列有着显著不同的特征,其波束具有表现为时间、距离和方位的函数的特性,许多领域都可引入这一新特征。频控阵雷达可以广泛应用于雷达目标的距离-方位角联合估计、射频隐身和前视探测与成像... 详细信息

频控阵雷达是一种新体制雷达。频控阵与传统阵列有着显著不同的特征,其波束具有表现为时间、距离和方位的函数的特性,许多领域都可引入这一新特征。频控阵雷达可以广泛应用于雷达目标的距离-方位角联合估计、射频隐身和前视探测与成像等领域。而雷达频率源作为雷达系统的关键组成部分,其性能会直接影响到整个雷达系统的性能。随着频率合成技术的不断进步,雷达频率源对相位噪声和杂散的要求也越来越高。所以研制高性能的频控阵雷达频率源具有十分重要的意义。本文针对频控阵雷达频率源的特点,结合频控阵雷达频率源提出的指标与各种频率合成器方案的特点,最终采用了混频器与锁相环组合的设计方案。本文主要工作内容如下:1.总结雷达频率源的作用、结构和国内外频率合成技术的研究现状,并结合频控阵对频率源相参性的要求介绍了相参性的原理,以及两种常见的相参频率源的实现方法。2.针对频控阵雷达频率源的要求、结合各种频率源方案的特点给出了X波段频控阵雷达频率源方案,并对方案的可行性进行了分析。3.按照选定的方案设计了频率源的硬件电路。完成了器件选型和FPGA控制代码编写,最后对频率源进行整体调试,分析并解决了调试中遇到的问题并最终使设计的频率源能够满足需求。4.设计并加工了一款微带阵列天线,初步满足了频控阵雷达测试的需求。本系统最终实现了输出信号可覆盖频段9.8GHz-10GHz,杂散优于-55dBc,相位噪声优于-98dBc/Hz@1kHz,-105d Bc/Hz@10kHz,较好地满足了设计需求,同时还具有配置简单、灵活等优点。为了验证频控阵波束的距离指向性,本文还设计了一款微带阵列天线,能够初步满足测试需求。

关键词：频率源频控阵锁相环

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高稳定频率源工程应用研究与设计

高稳定频率源工程应用研究与设计

作者：唐信荣东南大学

学位级别：硕士

微波组件广泛应用于通信或雷达系统天线之后、信号处理之前,遍及微波中继通信、移动通信、气象遥感、导航、雷达、电子对抗等领域,有着良好的应用前景。其中频率源是微波组件的核心组成部分,它实现了信号的从无到有,直接影响着整个系统... 详细信息

微波组件广泛应用于通信或雷达系统天线之后、信号处理之前,遍及微波中继通信、移动通信、气象遥感、导航、雷达、电子对抗等领域,有着良好的应用前景。其中频率源是微波组件的核心组成部分,它实现了信号的从无到有,直接影响着整个系统的性能,而锁相技术是实现高性能指标频率源的一种重要方法。某航天集团提出了高稳定频率源的研制需求,用于无线电系统中的应答机设备,要求在一个频率源组件里实现多个高稳定的本振输出,同时提供表征本机工作频率电压等信息。在这样的背景下,本课题对高稳定微波频率源的设计理论和工程应用实践进行了设计研究。首先对锁相技术工作原理和锁相源电路形式进行了分析并给出了锁相源电路设计方案,同时对其他相关电路的工作原理和电路设计方案进行了介绍;接着对频率源工程应用设计进行了详细分析,重点对可靠性、抗力学性等方面设计准则以及产品实际设计情况进行了介绍;然后针对频率源工艺、测试、试验等方面进行了功能验证,研制出了性能优良的频率源产品,满足实际工程应用;最后对设计过程中不足的频率长期稳定度和国产化率两个方面进行了思考和展望。

关键词：频率源高稳定锁相环相位噪声工程应用

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微波生命探测雷达射频前端的设计与实现

微波生命探测雷达射频前端的设计与实现

作者：吕晓炜电子科技大学

学位级别：硕士

随着雷达探测技术的发展,军事、民用等各个领域都掀起了雷达应用的热潮,而生命探测,特别是微波穿墙生命探测领域,从上个世纪开始就成为了雷达技术发展的一个重点方向。中国是世界上地质灾害最为严重的国家之一,近年来,随着钢筋混凝土结... 详细信息

随着雷达探测技术的发展,军事、民用等各个领域都掀起了雷达应用的热潮,而生命探测,特别是微波穿墙生命探测领域,从上个世纪开始就成为了雷达技术发展的一个重点方向。中国是世界上地质灾害最为严重的国家之一,近年来,随着钢筋混凝土结构房屋的增多,发生地质灾害后进行人员救援的难度越来越大。由于微波生命探测雷达的穿透性、非接触性以及探测微动物体的高效性,其逐渐成为生命探测领域的主流发展方向。在微波生命探测中,步进频雷达相对其他体制雷达来说,在拥有良好的穿透特性、可实现性的基础上结构更加简单,所以本系统设计中采用步进频雷达体制。本文首先介绍了现有的生命探测技术和微波生命探测雷达的发展现状,对步进频雷达探测生命信号的基本原理以及微波穿墙的衰减特性进行研究,为课题指标的制定提供理论依据。之后根据指标要求设计系统方案,同时介绍了频率合成、超外差接收等关键技术及直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)、锁相环等系统中所用到的关键器件的主要原理,对射频前端的关键指标进行了分析。本系统的硬件部分包括频率源、发射机、接收机构成的射频模块,以及供电模块、控制模块等。频率源部分中锁相环激励DDS产生步进频信号,再通过发射链路的倍频器二倍频产生最终所需的信号,本系统发射信号的频带为1420MHz420MHz。接收机选择超外差接收机结构,以提高系统性能,中频频率选择20MHz。本文详细介绍了系统各个部分的设计思路、器件选择、器件指标、设计及实现中所遇到的问题和解决方案,给出了关键器件的内部结构图、电路原理图及整个收发机的印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)版图和实物图。同时为了验证设计的合理性,对关键模块进行了先进设计系统(Advanced Design system,ADS)仿真。最后完成了射频前端PCB板的调试和测试,对系统存在的问题进行了分析总结,阐述了改进的思路。

关键词：生命探测穿墙雷达步进频频率源超外差接收机

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K波段汽车防撞雷达频率源的研究与设计

K波段汽车防撞雷达频率源的研究与设计

作者：张帅重庆邮电大学

学位级别：硕士

频率源是汽车防撞雷达系统的关键组件,其性能直接关系着汽车防撞雷达多项指标的好坏。这主要是因为频率源发出的波形种类和输出频率的指标性能直接决定着由收发信号混频后而得到的中频信号,进而影响汽车防撞雷达测距和测速的精度。故而... 详细信息

频率源是汽车防撞雷达系统的关键组件,其性能直接关系着汽车防撞雷达多项指标的好坏。这主要是因为频率源发出的波形种类和输出频率的指标性能直接决定着由收发信号混频后而得到的中频信号,进而影响汽车防撞雷达测距和测速的精度。故而开展对汽车防撞雷达频率源的研究与设计,具有科研价值和工程意义。本文针对汽车防撞雷达测距测速的工作原理及频率源进行研究,设计出汽车防撞雷达频率源的实现方案,并对其进行验证仿真以及PCB板加工测试。其主要工作如下:首先,介绍了汽车防撞雷达基于调频连续波雷达进行测距、测速的工作原理,并分析了频率源系统在汽车防撞雷达中的性能指标。其次,研究了目前频率源系统常用频率合成方案,分别是直接数字频率合成方案、锁相环频率合成方案以及它们的组合方案,通过对比这三种频率合成方案,设计出适宜于汽车防撞雷达的频率源方案,并对方案的可行性进行了分析与验证。与传统的频率源方案相比,该方案电路结构简单,易于程控,成本较低,且输出信号具备低相位噪声的优势。再次,设计了频率源系统的电路,采用模块化的设计理念,将频率源系统按照功能分为:锁相环电路模块、控制电路模块和稳压电源电路模块,这样简化了电路结构,降低了调试难度;借助ADIsimPLL4.10软件完成有源环路滤波器的设计和频率源系统的仿真优化,系统稳定时的环路带宽为426kHz,相位裕度为46,锁定时间为9μs,相位噪声为-90.625dBc/Hz@10kHz;基于各芯片器件数据册、电磁兼容和产品性能等方面的考虑,完成三个模块的电路设计。最后,完成了频率源PCB版图的设计与制作,并对其实物进行加工与测试。测试结果显示,频率源系统在输出中心频率为24.125GHz处的输出功率为8.32dBm,相位噪声为-79.94dBc/Hz@lKHz,-86.99dBc/Hz@10KHz,-90.93dBc/Hz@100KHz,-99.97dBc/Hz@lMHz,杂散低于-50dBc,满足设计要求,且具备低相位噪声的优势。

关键词：频率源汽车防撞雷达锁相环环路带宽相位噪声

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频率源对时间同步精度影响的定量分析

数字技术与应用 2019年第6期37卷 193-194页

作者：张守中赵瑞青 91604部队

以铷频标为主用、石英晶振为备用的频率源是时统系统的重要组成部分。受频标准确度和漂移率的影响,频率源输出频率会随着时间推移而发生变化,从而引起时间同步精度的变化。对两种频标影响时间同步精度的程度进行了定量分析与对比,给出... 详细信息

以铷频标为主用、石英晶振为备用的频率源是时统系统的重要组成部分。受频标准确度和漂移率的影响,频率源输出频率会随着时间推移而发生变化,从而引起时间同步精度的变化。对两种频标影响时间同步精度的程度进行了定量分析与对比,给出了具体的调整方法,保证了时统系统的可靠性。

关键词：频率源时间同步频标时统系统

PLL驱动DDS的低相噪小步进LFM信号源设计

维普期刊数据库

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电子器件 2015年第2期38卷 348-351页

作者：王文才陈昌明黄刚成都信息工程学院通信工程学院成都610225

介绍了一种低相噪线性调频(LFM)雷达信号源的产生和实现方案。通过分析DDS输出信号频谱和杂散,采用HMC704控制VCO的方法设计了1 GHz的锁相环路(PLL)作为DDS的时钟驱动电路,并对环路滤波器和AD9910硬件电路优化设计改善杂散和相噪性能。... 详细信息

介绍了一种低相噪线性调频(LFM)雷达信号源的产生和实现方案。通过分析DDS输出信号频谱和杂散,采用HMC704控制VCO的方法设计了1 GHz的锁相环路(PLL)作为DDS的时钟驱动电路,并对环路滤波器和AD9910硬件电路优化设计改善杂散和相噪性能。通过计算寄存器参数和分析SPI总线时序,利用FPGA对DDS和PLL高速配置。最后给出了系统实物图和测试方法,实测结果表明:该线性调频源输出幅度大于-3dBm,频率步进为1kHz,相位噪声优于-103dBc/Hz@1kHz,各项指标满足实际工程要求。

关键词：频率源线性调频 PLL+DDS(锁相环-直接数字系统) AD9910 HMC704