【摘要】：在新型相參雷達系統(tǒng)中,為進行多普勒信息的提取,要求其各信號之間需要確定的相位關系。鎖相式頻率合成技術作為一種反饋控制電路,可利用外部信號控制振蕩頻率和相位,實現(xiàn)本振鎖相相參,因此適用于相參雷達系統(tǒng)。為了實現(xiàn)雷達對目標的搜索與跟蹤,要求鎖相環(huán)具有寬帶,低相位噪聲,捷變頻,小型化的特點。本文針對相參雷達系統(tǒng)對鎖相式頻率合成器的要求,結合國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,設計了一種1～13GHz寬帶輸出鎖相環(huán),實現(xiàn)了低相位噪聲、頻率捷變和小型化。根據(jù)低相噪寬帶輸出的要求,提出雙鎖相環(huán)芯片方案,即采用集成壓控振蕩器的寬帶輸出鎖相環(huán)芯片作為VCO,噪底更低的鎖相芯片作為鑒相器。并設計驗證方案:選用HMC704作為鑒相器實現(xiàn)低相位噪聲,選用ADF4355作為VCO實現(xiàn)低相位噪聲寬帶輸出。實測該方案相位噪聲指標優(yōu)于單芯片(ADF4355),在3GHz和6GHz輸出時,1kHz頻偏處相位噪聲優(yōu)化了 6dBc。根據(jù)頻率捷變和小型化的要求,提出切換環(huán)路濾波器方案。即當鎖相環(huán)未鎖定時,寬帶環(huán)路濾波器接入電路實現(xiàn)快速鎖定,鎖定后切換為窄帶環(huán)路濾波器以達到更好的相位噪聲和雜散指標。采用單環(huán)結構,實現(xiàn)了小型化。最終本文結合雙鎖相環(huán)芯片和切換環(huán)路濾波器方案,設計實現(xiàn)了兩款1～13GHz寬帶輸出低相噪捷變頻率源并對比了輸出指標。選用具有極低相位噪聲基底的HMC698作為鑒相芯片,選用具有低相噪寬帶輸出范圍的ADF5355和LMX2594分別作為VCO芯片,最終均達到設計要求。13GHz輸出時實測相位噪聲優(yōu)于-95dBc/Hz@lkHz,鎖定時間低于20μs。本文研制的捷變頻,高性能,小型化的頻率合成器具有廣泛的工程應用前景。
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN74
【圖文】：

只能選取壓控靈敏度較小的ＶＣＯ，因為壓控靈敏度降低以后，可以減少ＶＣＯ輸出信逡逑號的抖動。如果鎖相環(huán)需要輸出較大的帶寬的話，則需要增大壓控靈敏度，這樣可以擴逡逑大調(diào)諧范圍。壓控振蕩器的功能模型如圖２．９所示。逡逑叫⑴邋＞邋Ｋ0邋９７（ｔｌ＾逡逑ｓ逡逑圖２．９壓控振蕩器數(shù)學模型逡逑對公式（２．２８）積分得。逡逑／邐ｔ逡逑Ｊ＇ｆｔ）ｖ（ｒｙｒ邋＝邋＜ｙ＜／邋＋邋Ｊ＇Ｍｃ（ｒ）ｒｆｒ邐（２．２９）逡逑０邐０逡逑／逡逑ｅ２｛ｔ）邋＝邋Ｋ0＼ｕｃ｛＇ｌ：）ｄ＇ｌ：邐（２－３０）逡逑０逡逑２．３頻率合成器主要指標逡逑２．３．１相位嗓聲逡逑相位噪聲的概念是對于一個輸出信號頻率和功率都確定的載波相在指定的頻率偏逡逑移處１Ｈｚ的帶寬上的功率。對于鎖相頻率合成技術，ｌｋＨＺ處的相位噪聲主要由鑒相器逡逑和參考信號的相位噪聲決定，環(huán)路濾波器和壓控振蕩器影響較小。相位噪聲的的單位是逡逑ｄＢｃ／Ｈｚ＠ｏｆｆｓｅｔ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋0逡逑相位噪聲的重要性可以通過下面一個例子來說明。假設一個信號發(fā)射系統(tǒng)信號的信逡逑噪比是５５ｄＢ，假設該信號功率在晴朗的天空中傳輸１５公里后衰變?yōu)榕c噪聲信號相同，逡逑信號將難以捕捉。如果該信號的相位噪聲指標優(yōu)化了邋３ｄＢ，那么就意味著信噪比將達到逡逑５８ｄＢ，同時在相同條件下信號的傳輸距離將為原來的兩倍，達到３０公里。所以優(yōu)化相逡逑位噪聲這個指標，在通信系統(tǒng)中，就意味著同樣的信號功率可以傳輸更遠的距離才會衰逡逑減成為噪聲。可以用更少的中繼系統(tǒng)或者發(fā)射器就可以完成相同的效果，可以節(jié)約成本逡逑和簡化系統(tǒng)設計。逡逑相位噪聲是在頻域的物理量

（ｂ）逡逑圖３．８本課題方案原理驗證仿真圖逡逑其中，圖３．８中（ａ）所示的環(huán)路帶寬是ｌＯＯＫＨｚ，圖３．８中（ｂ）所示的環(huán)路帶寬是逡逑５００ＫＨＺ從上圖和仿真報告可以得出，ｌＯＯＫＨｚ環(huán)路帶寬時的鎖定時間為９９（ＪＳ，５００ＫＨＺ逡逑環(huán)路帶寬時的鎖定時間為６．７５ｍｓ。根據(jù)仿真軟件可以得出該方案可以降低鎖相環(huán)的頻率逡逑鎖定時間。逡逑３．２小型化寬帶輸出的常用方案逡逑現(xiàn)如今，隨著電子系統(tǒng)的要求越來越高，鎖相環(huán)正朝著小型化，低雜散，寬帶，低逡逑頻率捷變時間，低相位噪聲的方向發(fā)展［５（）－５２１。逡逑在鎖相環(huán)結構中，想要得到寬帶輸出，就必須要滿足兩個條件：一是鑒相器的Ｎ的逡逑取值范圍必須廣，二是壓控振蕩器（ＶＣＯ）的輸出信號頻率范圍寬［５３】。逡逑鑒相器芯片己經(jīng)可以做到很大的Ｎ的取值范圍，即可以接受更廣的ＶＣＯ輸出頻率。逡逑許多國外的廠商已經(jīng)有現(xiàn)成的芯片可供選擇。比如說亞德諾半導體公司的ＨＭＣ７０４，支逡逑持從ＤＣ￣７ＧＨｚ的輸入

３．２．１邋寬帶邋ＶＣＯ逡逑由第二章的理論分析可知，對于同一個ＶＣＯ，它的輸出帶寬和相位噪聲兩個指標逡逑是一個不可調(diào)和的矛盾。以亞德諾半導體公司的寬帶ＶＣＯ為例，其性能指標如圖３．９逡逑所乃；－。逡逑ｙ；逡逑Ｈｒ－！Ｃ？３３邐Ｗｉｄｅ－ｂａｎｄＶＣＯｓ邐１０Ｇ邐２０Ｇ邐－６０邐－９０邐２ｄＢｍ逡逑ＨＭＣ７３２邐Ｗｉｄｅｂａｎｄ邋ＶＣＯｓ邐６Ｇ邐１２Ｇ邐－６５邐－９５邐１邋ｄＢｍ逡逑ＨＭＣ５８６邐ＷｉｄｅｂａｎｄＶＣＯｓ邐４Ｇ邐８Ｇ邐－７５邐－１００邐５邋ｄＢｍ逡逑ｍｃｍｄ邐Ｗｉｄｓ＆ａｎｄＶＣＤｓ邐８Ｇ邐１２５００邐－６５邐－９３邐５邋ｄＢｍ逡逑ＮＭＣ５８７邐ＷｉｄｅｂａｎａＶＣＤｓ邐５Ｇ邐ＷＧ邐－６５邐－９５邐５邋ｄＢｍ逡逑圖３．９國外寬帶壓控振蕩器性能指標逡逑所以，使用單個ＶＣＯ無法實現(xiàn)鎖相環(huán)的低相位噪聲。一般為了實現(xiàn)寬帶輸出和低逡逑相位噪聲常常使用多個ＶＣ０切換的方式ｔ５４］ｔ５５Ｌ逡逑３．２．２多ＶＣＯ切換逡逑典型的多ＶＣＯ切換實現(xiàn)寬帶輸出的結構框圖如圖３．１０所示。逡逑——－ＶＣ０１邋邐＊逡逑邐邋ｘｃ邋￣邋＂邋ＶＣ０２邐？江邋輸■屮逡逑邐？鑒相器——環(huán)路濾波器——＾邐＾邋—－ｒ邋＞逡逑邐邐邋ＶＣＯｎ邋邐？逡逑邐Ｎ分頻邐邐逡逑圖３．１０多ＶＣＯ切換方案逡逑多ＶＣＯ切換是一種常用的方案，多個ＶＣＯ負責不同的頻段，當需要某一頻段的逡逑ＶＣＯ工作時，將它接入電路，與鑒相器，環(huán)路濾波器組成鎖相環(huán)系統(tǒng)。通過這種方式，逡逑可以覆蓋很寬的頻段。所以這種方式也是現(xiàn)在最常用的寬帶ＶＣＯ輸出的方案。但是這逡逑種方案為了更寬的頻率范圍

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2800562