2.45 GHz方向回溯天线系统的宽带小步进本振源

摘要

方向回溯天线完全依靠模拟电路快速、自动地跟踪来波，相位共轭方向回溯天线系统可以有效抑制多径效应，在远场和近场区都可以完成信号的回溯功能。在方向回溯天线的研究中，针对通信系统传输信息量日益增大、数据传输速率逐步提高的通信现状，本文为ISM中2.420～2.4835GHz频段方向回溯天线展宽频带研发宽带小步进本机振荡源，给平衡结构外差混频电路提供射频两倍频的本振信号。由于实际振荡器稳定振荡后初始相位随机，短距离移动通信中需要近场回溯，为此从天线波束重定向时延条件和方向回溯阵阵元相位关系推导广义相位共轭原理，证明非平面波条件下的相位共轭仍然成立，并设计4.5～5.3GHz更大选择范围的压控振荡器。
　　电感电容压控振荡器主要由负阻网络和谐振电路两部分构成，依据负阻能量补偿原理和微波网络的 S参数特性设计了包含场效应晶体管有源偏置、反馈阻抗、高频扼流和输出匹配网络的负阻电路；利用变容二极管和电感并联构成了宽频调谐的LC谐振网络。在直流偏置FET栅极加入微带开路短截线的反馈元件，提高场效应晶体管满足振荡所需的潜在不稳定性。根据FET有源回路的输入阻抗确定振荡电路的输出负载网络，由于负载网络是非50Ω的标准终端，故在有源回路和负载网络间设计一个宽频带 Chebyshev低通匹配电路来获得电路的最大振荡功率。选择满足调谐范围的变容二极管，设计变容二极管对的反串电路使得谐振网络中二次谐波为零，降低谐波影响、稳定电路。在电路获得稳定振荡后，为改善输出信号的频谱纯度，在振荡器输出端添加平行耦合微带带通滤波器电路。将谐振网络、负阻网络和滤波电路联调优化，获得了调谐电压为0.9~10 V时输出振荡频率为4.5～5.3 GHz的线性调频，调谐灵敏度约为112MHz/V，在输出频率中心频点4.9GHz处，相位噪声为-104.8dBc/Hz@100kHz，-118.8dBc/Hz@1MHz，满足宽频低噪特性。
　　为了维持压控振荡器的稳定性，将压控振荡器加入锁相环，解析环路滤波器各参数，并通过仿真优化确定系统环路带宽为1.25MHz，开环相位裕度为51.567，此时，测试锁相环电路获得中心频点4.9GHz的快速锁定，锁定时间为120μs，电路稳定、精度高，满足方向回溯天线对本振源的要求。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作

1.4 论文结构

第二章 广义相位共轭与压控振荡器原理

2.1 广义相位共轭原理

2.2 平衡结构射频混频相位共轭

2.3 方向回溯系统频带展宽

2.4 压控振荡器的负阻原理

2.5 频率调谐范围扩展

2.6 相位噪声影响

2.7 Chebyshev低通宽带匹配技术

2.8 本章小结

第三章 宽频调谐压控振荡器仿真

3.1负阻网络的设计

3.2 谐振网络的设计

3.3 Chebyshev低通匹配网络

3.4 宽频压控振荡器性能测试

3.5 高次谐波滤波电路

3.6 加入滤波模块的完整振荡器电路

3.7 本章小结

第四章 锁相环频率综合源设计

4.1 锁相环工作原理

4.2 电荷泵锁相环噪声性能分析

4.3 锁相环路设计

4.4 锁定时间、相位噪声仿真

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文和科研情况