毫米波扫频源与间隙波导天线研究
发布时间：2021-06-30 15:46
毫米波具有带宽宽、波长短、波束窄、分辨率高、方向性好、可靠性高等特点,能够在雨、雾、多云等复杂环境下全天候工作,具有天然的传播特征优势。作为雷达、通信系统的重要传播载体,毫米波技术得到了广泛的应用。在5G时代更高速率、更多连接的需求下,毫米波技术具备大量的可用带宽和较高的天线增益,并支持超高的传输速率,而且波束较窄,灵活可控,能够连接大量的设备,由此毫米波发射与接收探测技术已成为5G通信的重要组成部分,甚至是全球信息技术竞争的焦点之一。本文所研究的扫频源和间隙波导天线工作在毫米波Ka频段,两者级联构成了毫米波信号收发的完整射频系统。毫米波扫频源一方面可以产生高质量的毫米波信号,向目标发射信号;另一方面结合接收下混频电路模块,实现对目标反射信号的探测接收。天线作为电磁波信号发射的最末端,接收的最前端,是毫米波通信、雷达系统的必要组成部分。本文主要对组成射频前端系统的毫米波扫频源和收发天线展开研究,具体内容如下:1、对毫米波扫频源设计基础理论方面展开研究。首先介绍扫频源主要应用和技术原理,然后阐述四种常见的微波频率合成技术原理并分析其技术特点,最后介绍了扫频源常见的技术指标,并对其主要影响...
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同传输结构在不同介电常数下的传输损耗示意图
⒃由⒁种聘吆推德饰榷ǘ雀撸?钡闶瞧德首?皇奔浣铣ぁ５谌?质?直接数字频率合成（DDS）技术优点是频率转换时间短、频率分辨率高、体积小易集成，缺点是适用频段低、杂散多。目前，毫米波频率源通常采用三种频率合成技术综合使用的方式来设计，对三种频率合成技术扬长避短，来实现高质量的毫米波信号输出。2015年，TeerachotSiriburanon等人采用CMOS工艺研发了一款适用于5G移动通信的频率源，该频率源输出的频率为27.5-29.6GHz，相位噪声优于-78dBc/Hz@100kHz、-126dBc/Hz@10MHz，参考杂散小于-80dBc，功耗为33mW[19]。图1-2代旭东等人设计的Ka波段频率源图2016年电子科技大学代旭东等人设计了一款输出频率为34-36GHz的频率源，如图1-2所示，该设计以DDS驱动PLL，并通过压控振荡器先下变频再分频的方法，降低反馈回路中的分频比，进而降低信号的相位噪声。最终该频率源的相位噪声优于-90dBc/Hz@1KHz；杂散抑制为-60dBc；频率分辨率高于53Hz；频率转换时间最小可达7微秒[20]。2017年东南大学的孙东全等人采用DDS结合固态倍频技术设计了一款应用于Ka波段的高线性扫频源，该扫频源以ADI公司出品的AD9915作为扫频器件，采用多级倍频技术设计出了一款输出频率为34.7-35.3GHz的毫米波线性扫频源，其杂散抑制优于-44dBc，相位噪声为-68dBc/Hz@1KHz[21]。2018年中国电子第十三研究所的庞春辉等人通过采用AD公司的鉴相器和定制的压控振荡器等器件设计出两个锁相环，并对这两个锁相环输出的倍频信号进行混频处理得到Ku波段的信号，然后再对Ku波段的信号进行倍频，得到频率为30-31GHz的输出信号，其相位噪声优于-97dBc/Hz@10KHz，频率转换时间为22微秒[22]。2019年电子科技大学的黄作林等人选取合适的参考晶振和压控振荡器芯片，通过锁相环先输出一个
硕士学位论文4为-106dBc/Hz@1KHz；输出K波段的信号频率为24GHz，其相位噪声小于-87dBc/Hz@10KHz，杂散抑制能力优于-40dBc，其实物如图1-3所示[23]。图1-3黄作林等人设计的射频模块实物图目前国内外关于毫米波频段的信号源设计，一般都是先利用频率合成技术生成相对低频的信号，再通过混频、倍频的方式得到毫米波频段的信号，因为这种方式容易实现低相噪、低杂散的毫米波信号源。1.3间隙波导国内外发展与研究现状间隙波导技术是利用平行理想导体和理想磁导体构成屏蔽条件，控制电磁波在平行板波导中沿所需方向的传播。间隙波导常见的类型主要有脊间隙波导（RGW）、槽间隙波导（GGW）和微带间隙波导（MS）三种结构。国外对间隙波导的研究较早，P.S.Kildal等人在2009年提出了脊间隙波导传输结构，该传输结构把销钉型EBG结构与传统波导相结合，得到了一种新的间隙波导结构，即脊间隙波导结构（RGW），如图1-4所示，该脊间隙波导结构具有超宽带低损耗等特性[16]。图1-4P.S.Kildal等人设计的脊间隙波导结构图2009年，P.S.Kildal等学者又对设计的脊间隙波导结构进行实际的加工测试，通过实测证明了当电磁波在销钉部分传播时会被快速衰减，而当电磁波沿着脊状金属结构传播时，电磁波衰减则很小[24]。随后S.Rahiminejad等学者设计了槽间隙
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ka波段低相噪锁相倍频源设计[J]. 庞春辉,王绍东. 无线电工程. 2018(06)
[2]雷达辐射对微波业务的干扰[J]. 郭刚,吴景兴. 信息技术. 2002(08)
博士论文
[1]间隙波导漏波天线及阵列天线研究[D]. 董兴超.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[2]毫米波间隙波导技术及FMCW反射功率对消系统应用研究[D]. 孙冬全.东南大学 2017
[3]超宽带天线及其阵列的若干技术研究[D]. 王军会.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]高增益可扫描毫米波天线阵的研究与设计[D]. 侯雅静.北京邮电大学 2019
[2]K波段通信设备射频模块频率源设计与实现[D]. 黄作林.电子科技大学 2019
[3]基于开槽空隙波导的毫米波背腔缝隙天线技术研究[D]. 赵民.国防科技大学 2018
[4]槽间隙波导与波导缝隙天线设计方法研究[D]. 张兴伟.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[5]用于5G终端的毫米波多波束天线[D]. 杨清凌.电子科技大学 2017
[6]毫米波5G移动通信系统射频接收前端研究[D]. 林维泉.东南大学 2017
[7]5G毫米波移动通信系统射频前端研究[D]. 宋超.东南大学 2017
[8]Ka波段频率合成器技术研究[D]. 代旭东.电子科技大学 2016
[9]Ka/Ku波段收发信机射频前端的研究与设计[D]. 刘文豹.电子科技大学 2014
本文编号：3258030
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同传输结构在不同介电常数下的传输损耗示意图
⒃由⒁种聘吆推德饰榷ǘ雀撸?钡闶瞧德首?皇奔浣铣ぁ５谌?质?直接数字频率合成（DDS）技术优点是频率转换时间短、频率分辨率高、体积小易集成，缺点是适用频段低、杂散多。目前，毫米波频率源通常采用三种频率合成技术综合使用的方式来设计，对三种频率合成技术扬长避短，来实现高质量的毫米波信号输出。2015年，TeerachotSiriburanon等人采用CMOS工艺研发了一款适用于5G移动通信的频率源，该频率源输出的频率为27.5-29.6GHz，相位噪声优于-78dBc/Hz@100kHz、-126dBc/Hz@10MHz，参考杂散小于-80dBc，功耗为33mW[19]。图1-2代旭东等人设计的Ka波段频率源图2016年电子科技大学代旭东等人设计了一款输出频率为34-36GHz的频率源，如图1-2所示，该设计以DDS驱动PLL，并通过压控振荡器先下变频再分频的方法，降低反馈回路中的分频比，进而降低信号的相位噪声。最终该频率源的相位噪声优于-90dBc/Hz@1KHz；杂散抑制为-60dBc；频率分辨率高于53Hz；频率转换时间最小可达7微秒[20]。2017年东南大学的孙东全等人采用DDS结合固态倍频技术设计了一款应用于Ka波段的高线性扫频源，该扫频源以ADI公司出品的AD9915作为扫频器件，采用多级倍频技术设计出了一款输出频率为34.7-35.3GHz的毫米波线性扫频源，其杂散抑制优于-44dBc，相位噪声为-68dBc/Hz@1KHz[21]。2018年中国电子第十三研究所的庞春辉等人通过采用AD公司的鉴相器和定制的压控振荡器等器件设计出两个锁相环，并对这两个锁相环输出的倍频信号进行混频处理得到Ku波段的信号，然后再对Ku波段的信号进行倍频，得到频率为30-31GHz的输出信号，其相位噪声优于-97dBc/Hz@10KHz，频率转换时间为22微秒[22]。2019年电子科技大学的黄作林等人选取合适的参考晶振和压控振荡器芯片，通过锁相环先输出一个
硕士学位论文4为-106dBc/Hz@1KHz；输出K波段的信号频率为24GHz，其相位噪声小于-87dBc/Hz@10KHz，杂散抑制能力优于-40dBc，其实物如图1-3所示[23]。图1-3黄作林等人设计的射频模块实物图目前国内外关于毫米波频段的信号源设计，一般都是先利用频率合成技术生成相对低频的信号，再通过混频、倍频的方式得到毫米波频段的信号，因为这种方式容易实现低相噪、低杂散的毫米波信号源。1.3间隙波导国内外发展与研究现状间隙波导技术是利用平行理想导体和理想磁导体构成屏蔽条件，控制电磁波在平行板波导中沿所需方向的传播。间隙波导常见的类型主要有脊间隙波导（RGW）、槽间隙波导（GGW）和微带间隙波导（MS）三种结构。国外对间隙波导的研究较早，P.S.Kildal等人在2009年提出了脊间隙波导传输结构，该传输结构把销钉型EBG结构与传统波导相结合，得到了一种新的间隙波导结构，即脊间隙波导结构（RGW），如图1-4所示，该脊间隙波导结构具有超宽带低损耗等特性[16]。图1-4P.S.Kildal等人设计的脊间隙波导结构图2009年，P.S.Kildal等学者又对设计的脊间隙波导结构进行实际的加工测试，通过实测证明了当电磁波在销钉部分传播时会被快速衰减，而当电磁波沿着脊状金属结构传播时，电磁波衰减则很小[24]。随后S.Rahiminejad等学者设计了槽间隙
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ka波段低相噪锁相倍频源设计[J]. 庞春辉,王绍东. 无线电工程. 2018(06)
[2]雷达辐射对微波业务的干扰[J]. 郭刚,吴景兴. 信息技术. 2002(08)
博士论文
[1]间隙波导漏波天线及阵列天线研究[D]. 董兴超.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[2]毫米波间隙波导技术及FMCW反射功率对消系统应用研究[D]. 孙冬全.东南大学 2017
[3]超宽带天线及其阵列的若干技术研究[D]. 王军会.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]高增益可扫描毫米波天线阵的研究与设计[D]. 侯雅静.北京邮电大学 2019
[2]K波段通信设备射频模块频率源设计与实现[D]. 黄作林.电子科技大学 2019
[3]基于开槽空隙波导的毫米波背腔缝隙天线技术研究[D]. 赵民.国防科技大学 2018
[4]槽间隙波导与波导缝隙天线设计方法研究[D]. 张兴伟.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[5]用于5G终端的毫米波多波束天线[D]. 杨清凌.电子科技大学 2017
[6]毫米波5G移动通信系统射频接收前端研究[D]. 林维泉.东南大学 2017
[7]5G毫米波移动通信系统射频前端研究[D]. 宋超.东南大学 2017
[8]Ka波段频率合成器技术研究[D]. 代旭东.电子科技大学 2016
[9]Ka/Ku波段收发信机射频前端的研究与设计[D]. 刘文豹.电子科技大学 2014
本文编号：3258030
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