开题报告--2.4GHz 定频频率综合器的设计与制作

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1、一、课题来源、目的、意义，国内外基本研究概况 1.1 课题来源课题来源 1.2 课题名称课题名称 2.4GHz 定频频率综合器的设计与制作 1.3 课题目的和意义课题目的和意义 低相噪频率源是雷达、无线电通信、电子对抗等电子系统实现高性能指标的 关键， 现代通信制导武器和电子对抗等系统都对频率合成器的噪声性能提出了愈 来愈高的要求。 介质谐振器是一种高介电常数、低损耗的介质材料制成的谐振器，应用介质 谐振器（DR）可以设计出一种频率稳定性好、Q 值高和噪声低的新型微波振荡 源，这种振荡源称为介质谐振器振荡器（DRO） 。介质谐振器振荡器的主要优点 是频率稳定度高、相位噪声低、体积小、结构简单、

2、价格低廉、对机械振动和电 源瞬变过程不敏感，并且可以在很宽的微波频率范围内，不需要倍频就能直接产 生所需频率的振荡信号。采用取样锁相技术对微波频段的介质振荡器进行锁相， 通过锁相环使介质振荡器的输出频率锁定在高稳定的晶体振荡器频率上， 不但具 有很高的频率稳定度，而且相位噪声性能非常优越，可广泛应用于军用和民用电 子设备中，具有极高的研究价值。 1.4 国内外基本研究概况国内外基本研究概况 目前国内外的研究主要是针对介质材料以及振荡电路形式。在介质材料方 面，国内外科技工作者主要针对高介电常数材料的研制，日本推出了 R-09 系列 材料，介电常数为 90，在 7GHz 下，Q 值为 1000，

3、温度变化为-1010ppm/ ；德国西门子推出了 MD436 系列材料，介电常数为 90，在 2GHz 下，Q 值 为 2272，在 6GHz 下，Q 值为 1000；国内上海科技大学研制了 A7 系列材料， 介电常数为 70，温度变化为-55ppm/，在 2GHz 下，Q 值为 4000-5000，在 4GHz下，Q 值为 3000。但进一步提高介电常数和材料的 Q 值，改善振荡器的 准稳定度仍是在高介电常数材料研究方面的课题。在调整振荡电路形式方面，主 要是在介质振荡器的基础上加恒温或进行锁相以提高振荡器的频率稳定度。 振荡 电路形式基本分为四类： 加载带阻滤波器型、 传输型、 串联反馈型

4、和并联反馈型， 其中以反馈型电路频带较宽、调试简单、一致性好，应用最为广泛。目前国内应 用的反馈电路有两种，一种是源极输出反馈型电路，另一种是漏极输出反馈型电 路。 通过对国内外场效应管介质振荡器科研水平、国内外恒温介质振荡器科研 水平以及国内外微波通讯设备实用介质振荡器科研水平的比较可见， 国内介质振 荡器的科研、生产水平与国外相当。但国内必须进一步提高对电路结构的最优化 处理，提高介质振荡器各项性能指标，提高科研、生产的工艺水平，使介质振荡 器的实用化水平再向前迈进一步。 2.1 关键理论与技术关键理论与技术 2.1.1 取样锁相技术取样锁相技术 图 1 取样锁相环 取样锁相环的基本构成如

5、图 1 所示。由图可以看出，取样锁相环路和普通模 拟锁相环路的不同之处在于用取样保持鉴相器代替了普通模拟鉴相器；其次，增 加了一个脉冲形成电路。 参考信号通过窄脉冲形成电路形成极窄脉冲，送入取样保持鉴相器。在取样 保持鉴相器中，通过取样电路，窄脉冲对来自 VCO 的正弦信号进行取样。取样 电路取样得到的样品电压输出送入保持电路，经过保持电路的保持作用，再经过 低通滤波放大后去控制 VCO 的输出。 取样保持鉴相器实质上是一个开关，通常由窄脉冲形成电路、取样开关和保 持电路组成。其电路原理图如图 2 所示。 图 2 取样保持鉴相器原理图 参考信号通过窄脉冲形成电路形成很窄的取样脉冲，该取样脉冲加

6、到取样 开关上，控制取样开关周期性的闭合，完成对输入信号的取样。通过取样来比较 参考信号和输入信号的相位。 而输出的取样点电压是与两个信号相位差有关的离 散样品电压。当开关断开时，保持电路使样品电压在取样间隔内保持住直到下一 次取样时刻。当输入信号的频率与取样脉冲同频(或成整数倍关系)时，由于每次 取得电压都是同一点，保持电路的输出将是一个直流电压;若两个信号的频率不 相等且不成整数倍关系时，保持电路将取样得到的离散电压变成连续的阶梯电 压，从而大大提高取样保持鉴相器输出电压中的平均误差成分，提高环路的控制 能力，同时由于保持电路的滤波作用，对高频分量的抑制能力也大大提高。 取样保持鉴相器输出的误差电压经直流/差拍放大和环路滤波后，对压控振 荡器的频率和相位进行调节。只要振荡频率在取样脉冲频率的 n次谐波附近，就 可能通过环路本身的控制作用使振荡频率最终锁定在取样脉冲频率的 n 次谐波 上，从而实现了取样倍频的功能。相比较数字分频锁相环，取样锁相环路由于没 有分频器的存在，而减少了分频器对相位噪声的恶化。相比较高次倍频环，取样 锁相环路的电路只有 VCO 一个高频部件，电路简