超宽带频率源中大动态范围ALC系统研究

摘要

近年来，随着市场对微波频率源的工作带宽、输出功率的平坦度和动态范围提出了更高需求，自动电平控制（ALC）系统作为实现频率源输出功率准确度、分辨率以及动态范围指标的关键部件，越来越引起了人们对它的重视。
　　本论文针对实验室项目需要，基于“小步进小动态范围闭环控制与大步进衰减组合”的思想，提出了一种宽带大动态范围数字ALC系统方案。同时，结合ALC系统需要，利用宽带匹配技术，设计、仿真和制作了一款宽带低噪声放大器。
　　本论文首先介绍了ALC系统的发展及应用；然后，确定了系统的设计指标，并对各种ALC方案进行了比较，提出了一种宽带大动态范围ALC系统方案，并通过链路增益计算，验证了方案的合理性；之后对系统的各个组成部分——控制电路、宽带低噪声放大器、宽带MMIC放大器、功率检波器、定向耦合器、程控衰减器以及大步进衰减器进行了详细设计和具体实现；最后完成了原理图和PCB的设计，硬件电路的加工，各个组件和系统的调试，并对测试数据进行分析，提出了改进意见。
　　本论文基于宽带放大器设计理论，采用ADS进行原理图、版图仿真，最终设计、制作了工作在0.5~4GHz的宽带低噪声放大器。经调试，该LNA实现了工作频带内增益10dB，增益平坦度<±1dB，噪声系数<2.8dB。
　　动态范围闭环控制，有助于获得优异的功率平坦度；而小步进与大步进组合的结构，有利于获得大的动态范围。经调试，本系统最终实现了0.5~4GHz频率范围内，输出功率+10dBm~-60dBm可选，功率步进0.5dB，动态范围70dB，功率平坦度基本为±1.5dB。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 自动电平控制(ALC)系统发展和现状

1.3 本论文的主要工作

第二章 超宽带频率源中大动态范围ALC系统方案论证

2.1 设计指标

2.2 方案选择

2.3 ALC系统原理图

2.4 方案合理性论证

2.5 本章小结

第三章 超宽带频率源中大动态范围ALC系统设计

3.1 控制电路的设计

3.2 宽带低噪声放大器设计

3.3 宽带放大器设计

3.4 程控衰减器电路设计

3.5 功率检测部分设计

3.6 大步进衰减电路设计

3.7 电源部分设计

3.8 ALC电路实现

3.9 本章小结

第四章 调试与测试

4.1 低噪声放大器测试

4.2 定向耦合器测试

4.3 宽带放大器MMIC测试

4.4 程控衰减器测试

4.5 大步进衰减器测试

4.6 系统测试

4.7 本章小结

第五章 总结

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

读硕期间取得的研究成果