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摘 要
现代电子系统的快速发展对频率合成器的频率稳定度、频谱纯度、捷变频速率、频率范围和输出频率点数等指标都提出了越来越高的要求，对高性能频率合成技术的研究要求也越来越迫切。微波毫米波信号由于具有波长较短、频带较宽以及与大气相互作用等特性，已广泛应用于制导、电子对抗、微波通信等领域，微波毫米波频率源性能的优劣直接影响了微波毫米波系统的最终性能。
本论文正是针对上述问题，以高性能频率合成技术及其在微波毫米波频段的应用为主要的研究对象，在深入分析当今频率合成理论和技术原理的基础上，对频率合成器设计架构和数字频率合成算法进行了详尽的讨论和研究。主要内容为：
1.研究高性能锁相频率合成方法，提出了一种宽相对覆盖、低相位噪声的捷变频锁相频率合成方法。该方法通过实时调节锁相环电路的鉴相增益，以对压控振荡器的等效压控增益非线性进行补偿，从而实现在宽覆盖范围内混频锁相环环路带宽基本保持恒定，即确保较宽覆盖范围内低相噪性能与捷变频性能的一致性。
2.研究高性能混合频率合成方法，提出了一种基于“多重频率调节”的直接数字频率合成器(DDFS)驱动锁相环(PLL)的低相位噪声、捷变频频率合成方法，该方法通过多重调节频率合成器的多个可调节因子，进而灵活配置频率。并基于该方法研制实现了一工作在X波段(最后4倍频到Ka波段)的高分辨率、低杂散频率合成器。
3.研究高性能微波毫米波频率合成技术，提出了一种用于Ka波段全相参雷达收发前端的频率合成器的设计方法，该方法综合考虑了频率合成器(频综)和收发射频前端电路的特点和设计要求，对上/下变频的频率分配进行优化规划，充分利用了DDFS、PLL和FPGA等器件的优点，既降低了本振的实现难度，又在频谱纯度与变频时间等关键技术指标上得到了较高的综合表现。
4.研究高性能直接数字频率合成技术，提出了一种无相位截断杂散的直接数字频率合成方法。该方法利用直接数字频率合成器的DAC位数L有限的特点，对正弦查找表进行压缩，通过改变查找表结构，增加一个比较器和减法器，从而提高了DDFS的杂散指标。
关键词：
频率合成，相位噪声，杂散，捷变频
ABSTRACT
With the rapid development of modern electronic technology, the demand of research on frequency synthesizers with excellent performance simutaneously, such as frequency stability, frequency purity, hopping speed, frequency coverage etc, has been urgently raised. The properties of microwave and millimeter-wave signals such as short wave length and wide bandwidth are useful for the military guidance and electronic countermeasures, and therefore have attracted increasing concentrations.
In this thesis, the basic theory of frequency synthesis is discussed. Then the novel and improved algorithms and structures of frequency synthesis are proposed:
1. A novel agile frequency synthesis algorithm to achieve wide frequency coverage and low phase noise is proposed. By adjusting the gain of phase frequency detector (PFD) of phase locked loop (PLL) to compensate the nonlinear behavior of voltage controlled oscillator and keep the loop bandwidth of PLL approximately constant, both of agilty and frequency purity of synthesizer over the output bandwidth can be ensured.
2. An improved multiple-tuned PLL driven by DDFS structure of frequency synthesizer is proposed. By tuning multiple factors in the frequency syntheizer structure, the flexibility of frequency configuration can be provided to achieve high performance.
3. A design approach of microwave and millimeter-wave transceiver is proposed. By optimizing the frequency configuration of up-conversion and down-conversion structures, the advantages of DDFS, PLL and FPGA can be fully taken to achieve high performance on frequency purity and swithing time.
4. A novel truncation spurious free DDFS structure and algorithm is proposed. By introducing a comparator and an adder into the traditional DDFS architecture, the sine lookup table can be compressed without significant hardware change in the design to eliminate the truncation spurs without increasing the size of the lookup table.
Keywords:
frequency synthesis, phase noise, spurious, frequency hopping
目 录
第一章
.
1.1 频率合成技术的发展. 1
1.2本文主要工作. 1
1.3本论文的结构安排. 1
第二章 高性能锁相频率合成研究和应用. 2
2.1 宽相对覆盖、低相噪的捷变频锁相频率合成方法. 2
2.2 测试系统设计与实现. 2
2.3 系统参数设计. 2
2.3.1 混频器频率配置. 2
2.3.2 10GHz点频参考频率源设计. 2
2.3.3 点频源锁相环PLL2环路参数设计. 3
2.3.4 实测结果分析. 3
2.3.4.1相位噪声测试. 3
2.3.4.2杂散测试. 3
2.3.5 结果分析. 3
2.4 本章小结. 4
第三章 结 论. 5
3.1本文的主要贡献. 5
3.2下一步工作的展望. 5
致 谢. 6
参考文献. 7
攻硕期间取得的研究成果. 8
第一章 绪 论
作为现代电子系统的一个重要组成部分，频率合成器是决定其系统性能的关键部件，随着现代电子系统的快速发展，与其它关键技术一样，在频率合成技术领域始终存在着压力和动力[1]。
……
1.1 频率合成技术的发展
早期的电子系统信号源为提高频率稳定度，往往采用晶体振荡器等方法来解决，但其不能满足频率点数多的要求。因此，目前大量采用频率合成技术[2-4]。
……
1.2
本文主要工作
本论文主要讨论具有低噪声、捷变频、宽覆盖指标的高性能微波毫米波频率合成技术及其应用系统研制课题。[①]
……
1.3
本论文的结构安排
本论文主要研究低相位噪声、捷变频频率合成技术及其相位噪声测试技术，论文的主要结构安排如下：
……
第二章 高性能锁相频率合成研究和应用
2.1 宽相对覆盖、低相噪的捷变频锁相频率合成方法
作者提出一种宽相对覆盖、低相噪的捷变频频率合成方法。
……
2.2 测试系统设计与实现
为了验证该宽覆盖锁相频率合成方法的正确性和有效性，作者结合实际应用设计实现了一个输出频段位于X～Ku波段的宽覆盖微波通信用频率合成器[5-6]。
……
2.3 系统参数设计
2.3.1 混频器频率配置
为了确保频率合成器的输出杂散指标满足系统设计要求，首先应考虑混频器的频率配置[3,5]。
……
2.3.2 10GHz点频参考频率源设计
作者选择使用锁相环直接合成输出频率为2.5GHz的点频信号，然后通过 “四倍频-滤波-放大”电路得到10GHz的混频环本振输入信号，具体结构如图2-1所示。
图2-1 10GHz倍频链结构图
2.3.3点频源锁相环PLL2环路参数设计
点频本振信号锁相环的环路参数设计需要从相位噪声角度考虑。锁相环芯片ADF4106的输出相位噪声可以由由公式(2-1)近似估算[8-10]：
(2-1)
其中ADF4106的=-219dBc/Hz。
……
2.3.4实测结果分析
2.3.4.1相位噪声测试
本章设计的频率合成器的相位噪声指标和杂散性能指标主要采用HP8563E频谱分析仪进行测试，测量得到其相位噪声指标如表2-1所示。
表2-1 研制合成器的实测频谱指标
频偏
设计指标()
100Hz
-76
-74
-77
-65
1kHz
-84
-83
-84.6
-83
10kHz
-89.3
-89
-88.6
-88
100kHz
-100
-100
-98.6
-98
杂散
-66
-64.5
-64
-60
……
2.3.4.2杂散测试
根据测试结果可知，本频率合成器的主要相关杂散是10MHz频偏处的鉴相杂散，与设计时计算得到的结果吻合。
……
2.3.5结果分析
从测试结果可的，最终设计完成的频率合成器除在1MHz傅氏频偏处的相位噪声指标稍差之外，其他技术指标都满足了系统的设计要求，最为重要的是该频率合成器对在宽覆盖情况下的锁相环路带宽实时调节的方法进行了验证。
……
2.4 本章小结
本章提出了一种宽相对覆盖、低相位噪声的捷变频频率合成方法。[②]
……
第三章 结 论
频率合成器是现代雷达、现代通信、制导武器和电子对抗等系统的核心部件，高性能频率合成技术也是当前电子技术领域研究的热点，微波毫米波电子系统已广泛应用于制导、电子对抗、微波通信等领域，其具有高性能、体积小、重量轻、可靠性高、批量生产成本低等优点，在民用和军事领域都有非常广阔的应用前景。
……
3.1本文的主要贡献
本文主要针对高性能频率合成技术的各项指标优化方案进行了讨论与研究，主要贡献如下：
……
3.2下一步工作的展望
作为最新一代的频率合成技术，直接数字频率合成技术具有相位连续，超高频率分辨率，超高变频速度，调制方式灵活多变等其他频率合成技术所无法比拟的优势，但在目前由于其数字结构本身所带来的杂散信号限制了对其更为广泛的应用。
……
致 谢
我要衷心感谢我的导师XXX教授。
……
参考文献
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[①]
[②]
- 无相关信息