低相位噪声微波源的研究

摘要

随着微波技术在通信、雷达、导航、电子侦察、电子对抗、宇航、卫星通信、遥测遥控及测量仪器仪表的广泛应用,作为微波系统核心组成部分之一的微波振荡频率源(本文简称微波源)越来越受到关注。微波源电特性的最重要参数是频率稳定度,在微波工程中多用相位噪声来衡量微波源的频率稳定度的高低。相位噪声对实际应用的各种微波系统的性能都有直接的影响,所以设计一种高稳定低相位噪声的微波源有着重大的意义。
　　本论文是针对实际科研项目进行研究的课题。该项目是为中国科学院高能物理所的粒子加速器配套仪器所研制的微波源。任务要求微波源的工作频率2856MHz;相位噪声:-115dBc/Hz@20KHz;输出功率:0～20dBm。
　　论文分析了设计任务和技术参数要求后,以降低相位噪声为宗旨,比较了各种方案,研究了在振荡器中降低相位噪声的方法。优选了采用压控介质振荡器(DRVCO)和取样锁相环路技术组成的取样锁相介质振荡器(PDRO)的方案。文中具体讨论了压控介质振荡器的组成、工作原理、基本特性和重要参量,并设计了实用的压控介质振荡器;在对比了三种锁相环路的基础上,详细论述了取样锁相介质振荡器锁相环路的设计,同时配套完成了恒温晶振和微波功率放大器的设计。最后组装成一台实用的微波源,通过整机联调及电特性测量,各项性能参数都达到了设计任务的要求。
　　论文所设计的微波源的创新之处在于如何在2856MHz这么高的频点上达到高稳定低相位噪声要求。从原理上讲只要用锁相技术锁定振荡频率,则可达到高稳定度的要求。但在微波波段具体实施取样锁相介质振荡器(PDRO)的方案存在许多技术和结构工艺上的难点(由于保密规定,未能在论文中表述),通过合理的设计和反复实验才获得成功的。研制的2856MHz微波源已在中科院高能物理所粒子加速器的配套仪器中应用。同时,在本论文的方案和实践经验的基础上,又为成都核工业西南物理研究院研制了一套毫米波频率源,也付诸实用。说明本论文的方案是正确可行的,可在科研、生产中推广应用。

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第一章 绪论

§1.1 微波源应用及现状

§1.2 课题来源和指标要求

§1.3 课题研究内容及意义

§1.4 论文结构安排

第二章 参数分析及总体设计

§2.1 参数分析

§2.2 微波源的相位噪声

§2.3 低相位噪声微波源设计

§2.4 总体设计

§2.5 本章小结

第三章 压控介质振荡器（DRVCO）的设计

§3.1 压控介质振荡器（DRVCO）的组成及工作原理

§3.2 微波介质振荡器（DRO）基本特性和重要参量

§3.3 微波介质振荡器（DRO）的设计

§3.4 变容二极管调谐电路设计

§3.5 本章小结

第四章 取样锁相介质振荡器（PDRO）锁相环路设计

§4.1 环路总体设计

§4.2 参考信号脉冲发生电路设计

§4.3 取样鉴相电路原理及设计

§4.4 环路滤波电路设计

§4.5 本章小结

第五章 晶振和功率放大电路设计

§5.1 晶振电路设计

§5.2 功率放大电路设计

§5.3 本章小结

第六章 整机联调及电特性测量

§6.1 整机联调

§6.2 微波源相位噪声、频率、谐波抑制和杂波抑制的测量

§6.3 微波源的输出功率测试

§6.4 测试结果分析

§6.5 本章小结

第七章 总结

参考文献

附录一 带通网络到低通网络的变换

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果