毫米波具有帶寬寬、波長短、波束窄、分辨率高、方向性好、可靠性高等特點,能夠在雨、霧、多云等復雜環(huán)境下全天候工作,具有天然的傳播特征優(yōu)勢。作為雷達、通信系統(tǒng)的重要傳播載體,毫米波技術(shù)得到了廣泛的應用。在5G時代更高速率、更多連接的需求下,毫米波技術(shù)具備大量的可用帶寬和較高的天線增益,并支持超高的傳輸速率,而且波束較窄,靈活可控,能夠連接大量的設備,由此毫米波發(fā)射與接收探測技術(shù)已成為5G通信的重要組成部分,甚至是全球信息技術(shù)競爭的焦點之一。本文所研究的掃頻源和間隙波導天線工作在毫米波Ka頻段,兩者級聯(lián)構(gòu)成了毫米波信號收發(fā)的完整射頻系統(tǒng)。毫米波掃頻源一方面可以產(chǎn)生高質(zhì)量的毫米波信號,向目標發(fā)射信號;另一方面結(jié)合接收下混頻電路模塊,實現(xiàn)對目標反射信號的探測接收。天線作為電磁波信號發(fā)射的最末端,接收的最前端,是毫米波通信、雷達系統(tǒng)的必要組成部分。本文主要對組成射頻前端系統(tǒng)的毫米波掃頻源和收發(fā)天線展開研究,具體內(nèi)容如下:1、對毫米波掃頻源設計基礎理論方面展開研究。首先介紹掃頻源主要應用和技術(shù)原理,然后闡述四種常見的微波頻率合成技術(shù)原理并分析其技術(shù)特點,最后介紹了掃頻源常見的技術(shù)指標,并對其主要影響... 

【文章來源】：湖南師范大學湖南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同傳輸結(jié)構(gòu)在不同介電常數(shù)下的傳輸損耗示意圖

⒃由⒁種聘吆推德飾榷ǘ雀擼?鋇閌瞧德首?皇奔浣銑�。抵R?質(zhì)?直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)優(yōu)點是頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高、體積小易集成，缺點是適用頻段低、雜散多。目前，毫米波頻率源通常采用三種頻率合成技術(shù)綜合使用的方式來設計，對三種頻率合成技術(shù)揚長避短，來實現(xiàn)高質(zhì)量的毫米波信號輸出。2015年，TeerachotSiriburanon等人采用CMOS工藝研發(fā)了一款適用于5G移動通信的頻率源，該頻率源輸出的頻率為27.5-29.6GHz，相位噪聲優(yōu)于-78dBc/Hz@100kHz、-126dBc/Hz@10MHz，參考雜散小于-80dBc，功耗為33mW[19]。圖1-2代旭東等人設計的Ka波段頻率源圖2016年電子科技大學代旭東等人設計了一款輸出頻率為34-36GHz的頻率源，如圖1-2所示，該設計以DDS驅(qū)動PLL，并通過壓控振蕩器先下變頻再分頻的方法，降低反饋回路中的分頻比，進而降低信號的相位噪聲。最終該頻率源的相位噪聲優(yōu)于-90dBc/Hz@1KHz；雜散抑制為-60dBc；頻率分辨率高于53Hz；頻率轉(zhuǎn)換時間最小可達7微秒[20]。2017年東南大學的孫東全等人采用DDS結(jié)合固態(tài)倍頻技術(shù)設計了一款應用于Ka波段的高線性掃頻源，該掃頻源以ADI公司出品的AD9915作為掃頻器件，采用多級倍頻技術(shù)設計出了一款輸出頻率為34.7-35.3GHz的毫米波線性掃頻源，其雜散抑制優(yōu)于-44dBc，相位噪聲為-68dBc/Hz@1KHz[21]。2018年中國電子第十三研究所的龐春輝等人通過采用AD公司的鑒相器和定制的壓控振蕩器等器件設計出兩個鎖相環(huán)，并對這兩個鎖相環(huán)輸出的倍頻信號進行混頻處理得到Ku波段的信號，然后再對Ku波段的信號進行倍頻，得到頻率為30-31GHz的輸出信號，其相位噪聲優(yōu)于-97dBc/Hz@10KHz，頻率轉(zhuǎn)換時間為22微秒[22]。2019年電子科技大學的黃作林等人選取合適的參考晶振和壓控振蕩器芯片，通過鎖相環(huán)先輸出一個

碩士學位論文4為-106dBc/Hz@1KHz；輸出K波段的信號頻率為24GHz，其相位噪聲小于-87dBc/Hz@10KHz，雜散抑制能力優(yōu)于-40dBc，其實物如圖1-3所示[23]。圖1-3黃作林等人設計的射頻模塊實物圖目前國內(nèi)外關于毫米波頻段的信號源設計，一般都是先利用頻率合成技術(shù)生成相對低頻的信號，再通過混頻、倍頻的方式得到毫米波頻段的信號，因為這種方式容易實現(xiàn)低相噪、低雜散的毫米波信號源。1.3間隙波導國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀間隙波導技術(shù)是利用平行理想導體和理想磁導體構(gòu)成屏蔽條件，控制電磁波在平行板波導中沿所需方向的傳播。間隙波導常見的類型主要有脊間隙波導（RGW）、槽間隙波導（GGW）和微帶間隙波導（MS）三種結(jié)構(gòu)。國外對間隙波導的研究較早，P.S.Kildal等人在2009年提出了脊間隙波導傳輸結(jié)構(gòu)，該傳輸結(jié)構(gòu)把銷釘型EBG結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)波導相結(jié)合，得到了一種新的間隙波導結(jié)構(gòu)，即脊間隙波導結(jié)構(gòu)（RGW），如圖1-4所示，該脊間隙波導結(jié)構(gòu)具有超寬帶低損耗等特性[16]。圖1-4P.S.Kildal等人設計的脊間隙波導結(jié)構(gòu)圖2009年，P.S.Kildal等學者又對設計的脊間隙波導結(jié)構(gòu)進行實際的加工測試，通過實測證明了當電磁波在銷釘部分傳播時會被快速衰減，而當電磁波沿著脊狀金屬結(jié)構(gòu)傳播時，電磁波衰減則很小[24]。隨后S.Rahiminejad等學者設計了槽間隙

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ka波段低相噪鎖相倍頻源設計[J]. 龐春輝,王紹東.  無線電工程. 2018(06)
[2]雷達輻射對微波業(yè)務的干擾[J]. 郭剛,吳景興.  信息技術(shù). 2002(08)

博士論文
[1]間隙波導漏波天線及陣列天線研究[D]. 董興超.中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心) 2018
[2]毫米波間隙波導技術(shù)及FMCW反射功率對消系統(tǒng)應用研究[D]. 孫冬全.東南大學 2017
[3]超寬帶天線及其陣列的若干技術(shù)研究[D]. 王軍會.西安電子科技大學 2015

碩士論文
[1]高增益可掃描毫米波天線陣的研究與設計[D]. 侯雅靜.北京郵電大學 2019
[2]K波段通信設備射頻模塊頻率源設計與實現(xiàn)[D]. 黃作林.電子科技大學 2019
[3]基于開槽空隙波導的毫米波背腔縫隙天線技術(shù)研究[D]. 趙民.國防科技大學 2018
[4]槽間隙波導與波導縫隙天線設計方法研究[D]. 張興偉.中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心) 2018
[5]用于5G終端的毫米波多波束天線[D]. 楊清凌.電子科技大學 2017
[6]毫米波5G移動通信系統(tǒng)射頻接收前端研究[D]. 林維泉.東南大學 2017
[7]5G毫米波移動通信系統(tǒng)射頻前端研究[D]. 宋超.東南大學 2017
[8]Ka波段頻率合成器技術(shù)研究[D]. 代旭東.電子科技大學 2016
[9]Ka/Ku波段收發(fā)信機射頻前端的研究與設計[D]. 劉文豹.電子科技大學 2014



本文編號：3258030