采用频率合成技术设计频谱分析仪的本振信号源

摘要

频谱分析技术是现代射频和微波领域非常重要的分析方法，频谱分析仪成为研发和工程领域最常见和最重要的测试仪器，手持频谱分析仪由于体积小、携带方便、性能优异更成为现场安装和维护、频率监测、移动通信等领域的首选。
　　在现代频谱分析仪的设计中,大都采用超外差技术,因此它的本地振荡信号、特别是第一本地振荡信号，直接决定了频谱分析仪的性能。随着现代无线电技术的发展，对测试的要求越来越高，对于频谱分析仪的本振信号，普通的频率稳定技术已经很难满足要求，而采用锁相环PLL(Phase locked loop)技术却可以极大地改善本振信号的相位噪声性能，从而提高频谱分析仪的测试性能。因此在现代频谱分析仪的设计中，大都采用锁相环技术来设计本振信号源。
　　锁相环技术是一种比较新颖的技术，通过采用这种技术，振荡器的输出信号的频率和相位可以同步锁定在参考信号上，从而有效地改善了振荡信号的相位噪声特性，获得良好的频率稳定度和分辨率。
　　锁相环电路从简单到复杂，形式多种多样，但都包含几个基本部分：输入参考信号、鉴相器、环路滤波器、振荡器、反馈环路（部分电路包含频率分频器）等几部分，本文详细介绍了锁相环电路的基本方程、各部分电路对整个环路噪声的影响等，对于更接近实际的应用，介绍了分数分频锁相环(FNPLL)电路的特点和工作原理以及随着近代数字技术的发展而兴起的直接数字频率合成技术(DDS)的特点及工作原理。对于工作在微波频段的锁相环电路，由于频率较高，为了达到较好的效果，常采用多环锁相环的电路结构，本文对此也作了相关的重点介绍。
　　最后，本文仔细探讨了设计一个手持式频谱分析仪的第一本振信号源：工作在微波频段（4～8GHz）、采用DDS电路作可变参考的、多个PLL环路结构的锁相环电路，通过外部输入一个高精度参考信号，控制一个宽频率范围的压控振荡器VCO（Voltage control oscillator），从而获得较好相位噪声性能的本地振荡信号；此外，还要求控制相对简单，低功耗。文中给出了具体锁相环电路的工作原理，电路仿真计算结果以及影响环路噪声性能的一些关键因素的分析；实际试验电路的原理框图和测试系统框图；最终的测试数据、分析结果和试验总结。

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第一章绪论

1.1 锁相环PLL技术的发展概况及现状

1.1.1 PLL电路的基本方程

1.1.2 整数N分频锁相环NPLL

1.1.3 整数N分频器锁相环的环路噪声

1.1.4 分数N分频锁相环FNPLL

1.1.5直接数字频率合成技术( Direct Digital Synthesizer)

第二章 取样锁相环理论分析

2.1 微波多环锁相环电路

2.2 取样锁相环电路

2.2.1 取样保持及鉴相电路工作原理:

2.2.2 取样倍频环电路的工程设计:

第三章 方案设计及电路实现

3.1本设计电路的技术指标:

3.2 本设计电路的技术特点

3.3 工作原理框图

3.3.1 参考环部分的工作原理：

3.3.2 DDS 部分工作原理

3.3.3 预置环电路工作原理

3.3.4 主环锁相环电路

3.4 系统工作原理

3.5 仿真计算及结果

3.6 本章小结

第四章 实际测试及分析

4.1 测试系统框图及测试仪器

4.2 试验电路的实物照片

4.2.1 实测数据及分析

4.2.2 环路的杂散特性及分析：

第五章 结论与展望

5.1 本论文研究总结

5.2 前景展望

致谢

参考文献