毫米波雷达频率源设计

发布时间：2017-09-14 16:18

  本文关键词：毫米波雷达频率源设计

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【摘要】：毫米波具有频带宽、短波长、抗干扰能力强和保密性好等优点,已经成功应用在火控雷达、精密雷达跟踪、导弹末端制导、直升机防撞以及毫米波通信等领域。毫米波频率源作为雷达通信系统核心部件之一,其性能好坏对系统发射信号质量以及接收机噪声系数、灵敏度和信噪比等关键指标有着重要影响。基于此,本文采用一种全新设计方法,利用混频和混频锁相环进行频谱搬移和相位锁定,设计并实现了一款低相噪、低杂散、窄步进,采用脉冲压缩体制的线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)相参毫米波雷达频率源。本方案中充分利用直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesizes,DDS)、锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)技术以及FPGA技术等各自性能优势,有效降低了各级变频本振信号和可变脉冲信号产生的难度,又在输出频谱和跳频时间等关键指标上取得了较高的综合表现,并且通过引入DDS有效缓解了锁定时间和输出频率分辨率矛盾。提出了通过改变DDS输出频率、PLL参考分频比R和环路分频比N的多重调节方法,对DDS杂散进行有效抑制,保证了输出频带内高杂散抑制度的要求。论文的主要研究内容如下:(1)总结了毫米波频率源技术国内外研究现状和发展趋势,回顾了频率合成技术的发展历程,并对其性能指标进行了相应的比较,分析了DDS和PLL的工作原理及特性。(2)对现下比较流行的三种混合式频率合成技术DDS激励PLL、DDS与PLL环外混频、PLL内嵌DDS方案进行了相应的理论论证和指标分析,总结出了其各自的优缺点,并在此基础上提出了一种能够充分满足本课题指标要求的设计方案,即采用DDS与PLL环外混频和上变频技术实现系统设计,最终完成毫米波发射信号输出。(3)对系统设计方案进行了详细的结构分析和方案论证,在此基础上完成了系统频谱规划、电平配置以及毫米波信号稳定性分析,并对链路中关键本振支路输出信号相位噪声进行了理论分析与估算,达到了设计指标要求。(4)整机系统分为微波和毫米波两个部分,分别给出了两个子系统中各个电路模块的原理图设计、相位噪声指标仿真、基于ADS的PLL锁定时间仿真、芯片器件选型依据以及窄带波导滤波器设计,并给出了系统软件(DDS、PLL)设计流程,最后分析了整机系统的兼容性。(5)给出了整机系统实物图,并对系统中本振信号、时钟信号和毫米波LFM雷达激励信号进行了相应的测试。测试结果表明:7.5 GHz信号输出功率14.78 d Bm,三次谐波抑制48.8 d Bc,相位噪声-105.45d Bc/Hz@100k Hz;基带时钟信号中心频率75 MHz,功率15.35 d Bm,相位噪声-122.05d Bc/Hz@100k Hz;毫米波LFM信号带宽10 MHz,跳频时间优于10 us,带外抑制大于40 d Bc,均满足设计指标要求。综上所述,本课题成功设计了一款高性能、低杂散、捷变频毫米波雷达频率源,满足了实际工程需要,已成功运用于某车载毫米波气象雷达,为其它同类频率源设计提供了实际参考价值和借鉴意义。
【关键词】：毫米波 DDS 线性调频 频率规划 FPGA
【学位授予单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN741;TN958
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 毫米波的特点9-10
• 1.2 频率源技术简介10-12
• 1.2.1 频率源技术简介10-11
• 1.2.2 频率源技术对比11-12
• 1.3 国内外研究情况和发展趋势12-17
• 1.4 论文主要研究内容和结构安排17-18
• 第二章 频率源基本工作原理及特性18-30
• 2.1 直接数字频率合成技术工作原理及特性18-22
• 2.1.1 DDS结构与工作原理18-20
• 2.1.2 DDS信号频谱特性分析20-22
• 2.2 锁相环技术工作原理及特性22-27
• 2.2.1 PLL组成结构及原理22-24
• 2.2.2 PLL相位噪声模型分析24-26
• 2.2.3 锁定时间与杂散分析26-27
• 2.3 混合式频率合成技术27-30
• 2.3.1 DDS激励PLL方案27-28
• 2.3.2 DDS与PLL环外混频方案28
• 2.3.3 PLL内嵌DDS方案28-30
• 第三章 毫米波雷达频率源系统方案设计与论证30-35
• 3.1 频率源系统设计指标30
• 3.2 频率源系统方案设计与论证30-33
• 3.2.1 系统结构与方案选择30-32
• 3.2.2 频率配置与电平规划32-33
• 3.3 系统相位噪声理论分析与估算33
• 3.4 毫米波信号稳定性分析33-35
• 第四章 毫米波雷达频率源系统电路设计与实现35-53
• 4.1 C波段全相参步进频率源设计35-43
• 4.1.1 C波段LFM雷达激励源设计35-37
• 4.1.2 接收第一本振源锁相环支路设计37-41
• 4.1.3 接收第二本振锁相环支路设计41-42
• 4.1.4 基带时钟电路设计42-43
• 4.2 毫米波电路设计与实现43-48
• 4.2.1 毫米波本振支路设计43-45
• 4.2.2 毫米波上变频发射支路设计45-46
• 4.2.3 毫米波波导滤波器设计46-47
• 4.2.4 毫米波电路电源设计47-48
• 4.3 系统软件设计48-51
• 4.3.1 DDS软件设计48-50
• 4.3.2 PLL软件设计50-51
• 4.4 电磁兼容设计51-53
• 第五章 毫米波雷达频率源系统测试与分析53-61
• 5.1 整机实物图53-54
• 5.2 测试结果与分析54-60
• 5.2.1 接收第一本振源信号测试54-57
• 5.2.2 接收第二本振信号测试57-58
• 5.2.3 基带时钟信号测试58-59
• 5.2.4 毫米波本振信号测试59-60
• 5.2.5 毫米波LFM雷达激励信号测试60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 结论与展望61-62
• 6.1 总结61
• 6.2 下一步工作展望61-62
• 参考文献62-66
• 作者在读期间科研成果简介66-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄刚;陈昌明;;毫米波通信系统QPSK调制器设计[J];电讯技术;2015年09期

2 黄刚;陈昌明;聂海;王文才;;一种C波段跳频频率源设计[J];现代雷达;2015年09期

3 李陈磊;竺小松;徐壮;;一种超宽带线性调频信号源的设计[J];现代雷达;2015年08期

4 王文才;陈昌明;黄刚;;基于DDS与PLL的C波段全相参雷达频综设计[J];压电与声光;2015年03期

5 王文才;陈昌明;黄刚;;PLL驱动DDS的低相噪小步进LFM信号源设计[J];电子器件;2015年02期

6 王文才;陈昌明;杨刚;;一种毫米波微带带通滤波器的设计[J];电子器件;2014年05期

7 周兴建;张剑;卢建川;;一种四进制连续相位调制新方法[J];电讯技术;2014年04期

8 陈昌明;彭烨;;C波段小型化低相噪全相参频率综合器[J];固体电子学研究与进展;2013年02期

9 芦旭;郭伟;杨莹;;基于ADF4360-9的高稳定度频率合成器设计[J];电子测量技术;2013年01期

10 陈敏华;李江夏;时翔;杨明辉;孙晓玮;;基于锁定时间分析的锁相环频率合成器[J];微波学报;2012年01期

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本文编号：851022