毫米波雷达频率源设计

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1、ＤＣ－３０８－孤化－０分类号！ＴＮ９７Ｕ；Ｍ０６２１（）０３０２密级：公开编号：３口０４０５００３成都信息工程大学硕±学位论文Ｖ毫米波雷法颖率源设计姓名学号３１３０４０说０３学院通信工程学晓学位类型囚学术型曰专业学位学习形式巧全日制Ｄ非全日制学科／领域电子微系统工程研究方向ＲＦＳＯＣ设计陈島明備巧內巧外Ａ古一告—－－．、．．．．＾一■Ａ－i成都信息工程大学硕士学位论文毫米波雷达频率源设计学科领域名称：电子微

2、系统工程研究生：黄刚指导教师：陈昌明教授摘要毫米波具有频带宽、短波长、抗干扰能力强和保密性好等优点，已经成功应用在火控雷达、精密雷达跟踪、导弹末端制导、直升机防撞以及毫米波通信等领域。毫米波频率源作为雷达通信系统核心部件之一，其性能好坏对系统发射信号质量以及接收机噪声系数、灵敏度和信噪比等关键指标有着重要影响。基于此，本文采用一种全新设计方法，利用混频和混频锁相环进行频谱搬移和相位锁定，设计并实现了一款低相噪、低杂散、窄步进，采用脉冲压缩体制的线性调频(LinearFrequencyModulation，LFM)相参毫米波雷达频率源。本方案中充分利

3、用直接数字频率合成（DirectDigitalFrequencySynthesizes，DDS）、锁相环（Phase-LockedLoop，PLL）技术以及FPGA技术等各自性能优势，有效降低了各级变频本振信号和可变脉冲信号产生的难度，又在输出频谱和跳频时间等关键指标上取得了较高的综合表现，并且通过引入DDS有效缓解了锁定时间和输出频率分辨率矛盾。提出了通过改变DDS输出频率、PLL参考分频比R和环路分频比N的多重调节方法，对DDS杂散进行有效抑制，保证了输出频带内高杂散抑制度的要求。论文的主要研究内容如下：(1)总结了毫米波频率源技术国内外研究现

4、状和发展趋势，回顾了频率合成技术的发展历程，并对其性能指标进行了相应的比较，分析了DDS和PLL的工作原理及特性。(2)对现下比较流行的三种混合式频率合成技术DDS激励PLL、DDS与PLL环外混频、PLL内嵌DDS方案进行了相应的理论论证和指标分析，总结出了其各自的优缺点，并在此基础上提出了一种能够充分满足本课题指标要求的设计方案，即采用DDS与PLL环外混频和上变频技术实现系统设计，最终完成毫米波发射信号输出。(3)对系统设计方案进行了详细的结构分析和方案论证，在此基础上完成了系统频谱规划、电平配置以及毫米波信号稳定性分析，并对链路中关键本振支

5、路输出信号相位噪声进行了理论分析与估算，达到了设计指标要求。(4)整机系统分为微波和毫米波两个部分，分别给出了两个子系统中各个电路模块的原理图设计、相位噪声指标仿真、基于ADS的PLL锁定时间仿真、芯ii成都信息工程大学硕士学位论文片器件选型依据以及窄带波导滤波器设计，并给出了系统软件（DDS、PLL）设计流程，最后分析了整机系统的兼容性。(5)给出了整机系统实物图，并对系统中本振信号、时钟信号和毫米波LFM雷达激励信号进行了相应的测试。测试结果表明：7.5GHz信号输出功率14.78dBm，三次谐波抑制48.8dBc，相位噪声-105.45dBc

6、/Hz@100kHz；基带时钟信号中心频率75MHz，功率15.35dBm，相位噪声-122.05dBc/Hz@100kHz；毫米波LFM信号带宽10MHz，跳频时间优于10us，带外抑制大于40dBc，均满足设计指标要求。综上所述，本课题成功设计了一款高性能、低杂散、捷变频毫米波雷达频率源，满足了实际工程需要，已成功运用于某车载毫米波气象雷达，为其它同类频率源设计提供了实际参考价值和借鉴意义。关键词：毫米波；DDS；线性调频；频率规划；FPGAiii成都信息工程大学硕士学位论文Designofamillimeterwaveradarfrequen

7、cysourceHuangGang(ElectronicMicroSystemEngineering)DirectedbyprofessorChenChangmingAbstractDuetomillimeterwave’scharacteristicsofwidebandwidth,shortwavelength,stronganti-interferenceabilityandgoodsecrecyandsoon,ithasbeenappliedtofirecontrolledradar,precisionradartracking,missi

8、leterminalguidance,helicoptercollisionavoidanceandmillimeterw