X波段双通道接收前端的研究

摘要

接收机是微波、毫米波系统的重要组成部分，被广泛应用于通信、航天、雷达、导航等领域中。接收前端对整个接收机起着关键的作用，所以设计和制造出性能优良、可靠性高的接收前端意义非常大。
　　本文在分析接收机结构特点和性能指标的基础上，结合项目要求，确定一次变频的系统方案，并研制出8.2GHz-9.0GHz低噪声双通道接收前端。经测试，系统增益大于30dB，增益可调，噪声系数小于3.0dB，镜像频率抑制大于40dB，输入1dB压缩点大于-27dBm，两通道的一致性较好，达到项目的指标要求。
　　本文的双通道接收前端包括两级级联低噪声放大器、基片集成波导镜像抑制滤波器、单平衡混频器、微带双路功分器、本振驱动放大器、中频放大器和电源部分。所有电路均由微波晶体管、集总无源器件等分立器件及微带结构完成。本论文仿真并设计了上述所有电路，均获得了很好的仿真结果。双通道接收前端在20cm*10cm的电路板上对称分布，并通过将屏蔽盒分成6个腔来切断信号的空间耦合。然后，本文对整个系统功耗进行分析，在不改变系统增益、噪声性能和线性度的基础上，通过调整放大器的工作点，把功耗控制在720mW。
　　另外，本文专门针对射频前端相关的测试原理和技术，尤其是对用矢量网络分析仪测试噪声系数的方法进行了深入研究与探索，比较了不同测试方法的特点，对各种方法的适用条件进行了分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 微波接收前端的发展现状

1．3 本课题的主要工作和内容安排

第2章 X波段双通道接收前端系统方案设计

2．1 接收前端主要技术指标

2．1．1 噪声系数和动态范围

2．1．2 线性度

2．1．3 镜像抑制

2．1．4 X波段双通道接收前端的主要技术指标

2．2 接收前端的方案论证

2．3 双通道射频接收前端链路预算

2．4 器件选型

2．4．1 X波段低噪声放大器晶体管选型

2．4．2 X波段混频器二极管选型

2．4．3 本振驱动放大器晶体管选型

2．4．4 中频放大器晶体管选型

2．5 确定各部分电路的具体设计目标

第3章 X波段双通道接收前端固态电路设计

3．1 低噪声放大器的设计

3．1．1 低噪声放大器的稳定性设计

3．1．2 低噪声放大器的整体设计

3．1．3 低噪声放大器的原理图-版图联合仿真

3．2 带通滤波器设计

3．2．1 基片集成波导滤波器简介

3．2．2 微带-基片集成波导过渡结构

3．2．3 基片集成波导传输特性

3．2．4 耦合滤波器原理

3．2．5 滤波器综合方法

3．2．6 CST仿真实现镜像抑制滤波器

3．3 混频器设计

3．3．1 单平衡混频器的设计原理

3．3．2 180°移相网络的设计

3．3．3 中频滤波电路的设计

3．3．4 单平衡混频器的整体设计

3．4 威尔金森功分器设计

3．4．1 功分器原理

3．4．2 CST仿真设计功分器

3．5 本振驱动放大器的设计

3．5．1 本振驱动放大器的电路设计

3．5．2 振驱动放大器的电路设计

3．6 中频放大器的设计

3．6．1 单级中频放大器的设计

3．6．2 两级中频放大器的设计

第4章 X波段双通道接收前端的实现与测试

4．1 低功耗设计

4．1．1 偏置网络与供电网络设计

4．1．2 双通道接收前端的功耗计算

4．2 版图设计与硬件实现

4．2．1 双通道射频前端整体布局和版图

4．2．2 屏蔽腔的设计

4．3 测量框图与原理

4．3．1 二端口器件S参数和压缩点测量的原理

4．3．2 变频器变频损耗和压缩点的测量

4．3．3 变频器变频损耗的测量

4．4 局部电路的测试结果

4．4．1 带通滤波器的测试结果

4．4．2 中频放大器的测试结果

4．4．3 本振驱动放大器的测试结果

4．5 双通道接收前端的整体测量

第5章 噪声系数测试方法的比较

5．1 Y因子法测有源不变频器件的噪声系数

5．1．1 Y因子法测噪声系数的原理

5．1．2 测量步骤及仪器设置

5．1．3 C波段放大器噪声系数的测试

5．2 增益法(冷源法)测有源不变频器件的噪声系数

5．2．1 增益法测噪声系数的基本原理

5．2．2 常见测试方案介绍

5．2．3 预放大器的选择和衰减器衰减值的确定

5．2．4 C波段低噪声放大器的测试过程

5．3 Y因子法测有源变频器件的噪声系数

5．3．1 测试原理与设置方法

5．3．2 X波段双通道接收前端的测试

5．4 增益法(冷源法)测有源变频器件的噪声系数

5．4．1 冷源噪声系数测X波段

5．4．2 冷源噪声系数测X波段双通道前端

5．5 总结测试结果

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介