星载可配置输出频率的X波段载波源研究

发布时间：2020-06-11 16:54

【摘要】：由于部分卫星研制周期的缩短,完成卫星对地通信的数传系统研制周期也大幅缩短。然而,数传系统的载波频率在国际电联(ITU)的申报工作可能在卫星发射前才完成。因此,为了不影响卫星数传系统的研制,数传系统中的载波源输出频率需要考虑灵活的配置方案。论文主要研究了一种灵活配置输出频率的X波段载波源电路方案。论文完成了一种模块化、高集成度的X波段频率合成器的研制工作。论文首先综述了国内外较为典型的可配置载波频率的技术方案,考虑到空间应用限制,设计了一种将直接数字频率合成器(DDS)的输出用于激励锁相环(PLL)的混合频率合成电路方案。论文主要工作完成了通过现场可编程门阵列(FPGA)结合数模转换器(DAC)的方式实现DDS功能的电路设计,并对DDS电路进行了调试及测试。DDS电路为X波段载波源提供了具有高分辨率、频点可配置的参考信号;PLL电路引入负反馈机制,用于扩宽系统带宽,抑制杂散和稳定输出信号。DDS模块采用了四层高速数字电路板设计方案,PLL模块采用了两层微波电路板设计方案,两个模块之间通过屏蔽腔进行隔离。基于实验室现有条件,搭建了星载X波段载波源的测试平台,完成了DDS模块、PLL模块以及整个X波段载波源电路的性能测试,并对测试结果进行了分析和总结。星载可配置X波段载波源的输出信号的频率范围覆盖8025MHz~8400MHz,最小频率步进可达1MHz,杂散抑制优于-75dBc,二次谐波抑制优于-27dBc,相位噪声质量优于-120dBc/Hz@1MHz。论文也完成了X波段载波源在零中频接收前端系统中的应用研究,获得了比较理想的结果。最后,针对现有电路调试、测试过程中发现的问题,论文提出了进一步优化的方案,后续工作需要改善X波段载波源的功耗和关键性能。
【图文】：

星载可配置输出频率的 X 波段载波源研究率的特点。方案的一本振和二本振都是采用外部晶振输出激励锁相倍频环的产生的，外部晶振的 1/4 分频作为安装在 DSP 单元内的两个 DDS 的输入，， DSP 控制两个 DDS 的频率控制字系数，两个 DDS 即可分别产生发射/接收的不同中频频率。文献[3]介绍的 X 波段深空数字应答机以及其频率合成单元观图如图 1.2 所示。该应答机接收/发射频率为 7156.23MHz/8408.21MHz。20，加州理工学院的 Saman Saeedi 设计了一个 65nm 工艺的高集成度的一阶频[4]，提出了一种包含 LC 积分 VCO、采样保持模块、相位插值器、数字粗调和旋转频率微调模块的频率合成结构，该结构将抖动累计限制在一个参考时期内，使得其具有良好的噪声性能。该频率源输出频率为 8GHz，工作电压 1V耗 2.49mW@8GHz，相位噪声为-113dBc/Hz@100kHz，对于参考载波信号的抑制为-64.3dB。

使得其具有良好的噪声性能。该频率源输出频率为 8GHz，工作电压 1V，功耗 2.49mW@8GHz，相位噪声为-113dBc/Hz@100kHz，对于参考载波信号的杂散抑制为-64.3dB。图 1.1 X 波段深空数字应答机频率合成器方案框图Figure1.1 The diagram of X-band deep space digital transponder frequency synthesizer
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V443

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本文编号：2708188