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Ka波段雷达中频信号源模块的设计与实现

作　者: 徐庆
导　师: 刘镰斧
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 频率合成技术 杂散 相位噪声 现场可编程逻辑门阵列
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


频率合成器是雷达系统中非常重要的组成部分,通常被喻为雷达系统的“心脏”,它对现代雷达、通信等电子系统的工作性能起着决定性的作用。目前,频率合成器已经广泛地应用在各种电子通信系统中,但随着现代电子科学技术地飞速发展,系统对频率合成器的输出范围、精度、步进、频率分辨率、转换时间以及频谱纯度等性能指标的要求也日益提高。各种频率合成器的设计都是在综合考虑频率合成器的频率输出范围、频率步进、精度、转换时间和频谱纯度的基础上实现的。在本论文中,首先介绍了常用的几种频率合成方式的结构原理,这其中包括:直接频率合成方式(Direct Synthesis DS)、直接数字式频率合成方式(Direct Digital Synthesis, DDS)、间接锁相式频率合成方式(Phase-locked Loop, PLL),并从性能的角度上分析了各种频率合成方式的优缺点,除此之外还对相位噪声及杂散理论做了详细介绍,这都为本课题的研究设计提供了可靠的理论基础。在此基础上,根据项目要求,在本文中提出了一种基于间接锁相式频率合成方法和直接数字式频率合成方式以及现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)的Ka波段雷达中频信号源模块的方案。本文给出了具体单元电路的设计及测试结果,并对系统中存在的问题进行了分析总结。本系统设计充分利用了直接频率合成技术和锁相环频率合成技术以及FPGA的性能特点,在设计时既降低了系统的实现难度,又在杂散相噪水平以及切换时间等重要技术指标上得到了较高的综合实现。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 引言  11-16
  1.1 频率合成技术概述  11-13
  1.2 频率合成技术在国内外的发展状况  13
  1.3 频率合成器指标介绍  13-15
  1.4 项目背景及本文主要内容  15-16
第二章 频率合成器的工作原理  16-31
  2.1 相噪及杂散理论  16-19
    2.1.1 相位噪声理论  17-18
    2.1.2 杂散理论  18-19
  2.2 DDS 工作原理及其性能分析  19-26
    2.2.1 DDS 工作原理  19-20
    2.2.2 DDS 的结构  20-22
    2.2.3 DDS 技术特点  22-24
    2.2.4 DDS 输出频谱特性分析  24-26
    2.2.5 DDS 性能分析  26
  2.3 PLL 的工作原理及杂散相噪分析  26-30
    2.3.1 锁相环路的原理  26-29
    2.3.2 锁相环的杂散及相噪分析  29-30
  2.4 倍频器和分频器的工作原理  30-31
第三章 系统方案设计与论证  31-42
  3.1 频率合成器的设计流程  31-32
  3.2 系统的指标要求  32-34
  3.3 方案的选择  34-36
  3.4 芯片选择  36-39
    3.4.1 控制芯片的选择  36
    3.4.2 DDS 芯片的选择  36-38
    3.4.3 锁相环芯片的选择  38-39
    3.4.4 时钟分频芯片的选择  39
  3.5 系统方案论证  39-42
第四章 具体单元电路的设计与控制实现  42-60
  4.1 PCB 布局布线原理  43
  4.2 晶体振荡电路及时钟分频电路的设计  43-45
  4.3 FPGA 外围电路设计  45-46
  4.4 DDS 支路设计  46-51
    4.4.1 DDS 时钟信号设计  46-47
    4.4.2 DDS 外围电路设计  47-50
    4.4.3 带通滤波器的设计  50-51
  4.5 PLL 支路的设计及其PCB 版图结构  51-54
    4.5.1 PLL 的时钟与外围电路设计  51-53
    4.5.2 环路滤波器的设计  53
    4.5.3 输出双转单电路  53-54
  4.6 控制程序实现及主要参数的设置  54-60
    4.6.1 DDS 控制  55-57
    4.6.2 PLL 控制  57-58
    4.6.3 整个系统的控制模块  58-60
第五章 系统调试及测试实物图  60-71
  5.1 系统调试  60-61
    5.1.1 软件调试  60-61
    5.1.2 硬件调试  61
  5.2 腔体结构测试图  61-63
  5.3 单元电路测试  63-68
    5.3.1 晶体振荡器的测试  63-64
    5.3.2 时钟分频芯片输出测试  64-65
    5.3.3 DDS 支路测试  65-66
    5.3.4 PLL 支路测试  66-68
  5.4 测试结果分析  68-71
第六章 结论  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间的研究成果  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达设备、雷达站 > 雷达接收设备 > 雷达信号检测处理
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