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S波段非线性结探测器发射模块的设计与实现

作　者: 霍华静
导　师: 汪海勇
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: S波段发射模块非线性结探测器锁相频率源功率放大器腔体滤波器
分类号: TN957.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

非线性结探测器是谐波雷达的一种运用，它运用非线性结的谐波再辐射特性，通过发射基波，接收来自非线性目标再辐射的谐波或组合波来达到探测目标的目的。除了非线性结目标外，一般的目标在受到电磁波照射后，不具备辐射谐波和组合波的能力，因此，与其它探测器相比，非线性结探测器具有杂波抑制能力和抗干扰能力。根据这一特性，此探测器可以广泛的应用于国防、公安、反侦察、反窃听以及机场和港口安检等方面。近年来，随着电子产品的体积愈加小型化的设计和原有产品对手机U盘等探测的盲区，亟待出现一个体积小携带方便并且功能强大探测器来满足市场需求。因此本课题在此背景下对S波段非线性结探测器进行研究，并提出发射模块设计与制作。本文主要阐述了S波段非线性结探测器发射模块电路的设计及其实现。通过对现有的发射机拓扑结构进行探讨和比较，本文采用基于锁相环的直接变频式发射机方案进行设计。此结构发射机结构简单，硬件集成度高，易于发射模块小型化。本文的重点内容对锁相频率源、功率放大器两大模块进行具体设计及实现。对于锁相频率源，简述了频率合成技术的技术指标，并对基本工作原理、噪声性能及杂散性能作了重点分析。本文通过ADI公司提供的仿真软件设计环路滤波器及ADF4350寄存器值，并采用AVR单片机ATMEGA8将程序写入锁相环芯片ADF4350，使之输出3.36GHz频率，给出了主要设计电路及测试结果。对于功率放大器，文章概述了功率放大器的性能指标及设计方法，重点设计匹配电路，详细给出了采用AVAGO功放芯片ALM-42316进行设计仿真及PCB制作，最后给出测试结果，并对测试结果进行分析。对于滤波器，主要研究了交叉耦合腔体滤波器仿真设计方法，通过MATLAB软件编写程序提取出耦合矩阵及耦合系数，根据耦合系数和指标要求在HFSS建立腔体滤波器模型并仿真优化，得出了符合指标要求的滤波器。最后对发射模块进行整合，并进行系统仿真与测试。经测试，研制的发射模块性能基本满足指标要求。S波段非线性结探测器的发射模块的增益在26dB,输出功率大于26dBm，此结果显示本课题设计的非线性结探测器发射模块能够满足技术的要求。同时文中对系统的电磁屏蔽和兼容进行分析。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 引言  10
  1.2 雷达发射机技术  10-11
  1.3 非线性结探测器的应用与发展  11-12
  1.4 本论文主要工作和安排  12-14
第二章发射机的整体方案  14-23
  2.1 发射机系统结构简介  14-15
    2.1.1 直接变频式发射机  14-15
    2.1.2 外差式发射机  15
  2.2 发射机主要技术指标  15-16
    2.2.1 工作频率  15-16
    2.2.2 输出功率  16
    2.2.3 发射信号的稳定性和频谱纯度  16
    2.2.4 谐波抑制度  16
  2.3 本设计发射模块总体设计方案  16-22
    2.3.1 发射模块总体技术指标  16-17
    2.3.2 需求分析  17-18
    2.3.3 方案论证  18-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章锁相频率源的设计与实现  23-40
  3.1 频率合成器概念及主要技术指标  23-24
    3.1.1 杂散抑制和谐波抑制  23
    3.1.2 相位噪声  23
    3.1.3 频率切换时间  23
    3.1.4 频率分辨率  23-24
  3.2 锁相环基本工作原理  24-27
    3.2.1 鉴相器（PD）  24-25
    3.2.2 环路滤波器（LF）  25-26
    3.2.3 压控振荡器（VCO）  26-27
  3.3 锁相环关键指标分析  27-28
    3.3.1 锁相环环路噪声性能  27-28
    3.3.2 杂散分析  28
  3.4 锁相频率源的仿真设计与实现  28-39
    3.4.1 频率合成芯片 ADF4350 及工作原理  29-30
    3.4.2 环路波器电路的设计  30
    3.4.3 频率合成器寄存器参数的设置  30-32
    3.4.4 ADF4350 芯片外围电路设置及与单片机的连接  32-35
    3.4.5 总体性能仿真  35-36
    3.4.6 实物及性能测试分析  36-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章功率放大器的设计与实现  40-60
  4.1 功率放大器的特性指标  40-43
    4.1.1 工作频率及带宽  40
    4.1.2 功率增益及增益平坦度  40
    4.1.3 输入输出反射系数（VSWR）  40
    4.1.4 输出功率  40-41
    4.1.5 失真及三阶输出截断点  41-42
    4.1.6 噪声系数  42-43
    4.1.7 功率效率  43
  4.2 功率放大器的理论分析  43-51
    4.2.1 放大器的稳定性分析  43-45
    4.2.2 功率增益  45-49
    4.2.3 匹配电路概述  49
    4.2.4 功率放大器的设计方法  49-50
    4.2.5 功率放大器的线性化技术  50-51
  4.3 功率放大器的设计指标  51-52
  4.4 方案的确定与器件选择  52-59
    4.4.1 建立 ALM-42316 的 S2P 模型及仿真  53-54
    4.4.2 输入输出匹配电路调整  54-56
    4.4.3 功放电路板的制作  56-57
    4.4.4 实物与性能测试结果  57-59
    4.4.5 功放电路板的结果分析及散热考虑  59
  4.5 本章小结  59-60
第 5 章微波带通滤波器的仿真设计  60-71
  5.1 滤波器的电路原理  60-62
  5.2 耦合矩阵的提取与化简  62-64
  5.3 带通滤波器技术指标  64
  5.4 带通滤波器的设计流程  64-67
  5.5 带通滤波器的仿真设计  67-70
  5.6 本章小结  70-71
第六章电磁兼容考虑与系统测试  71-78
  6.1 电磁兼容设计  71-72
    6.1.1 接地问题  71
    6.1.2 滤波设计  71-72
    6.1.3 屏蔽设计  72
  6.2 系统仿真及测试结果  72-77
  6.3 本章小结  77-78
结束语  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-82
附录  82-83
详细摘要  83-86

S波段非线性结探测器发射模块的设计与实现

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