本文關(guān)鍵詞： 相位共軛方向回溯 寬帶 壓控振蕩器 鎖相環(huán) 寬帶低通匹配　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：方向回溯天線完全依靠模擬電路快速、自動地跟蹤來波,相位共軛方向回溯天線系統(tǒng)可以有效抑制多徑效應(yīng),在遠場和近場區(qū)都可以完成信號的回溯功能。在方向回溯天線的研究中,針對通信系統(tǒng)傳輸信息量日益增大、數(shù)據(jù)傳輸速率逐步提高的通信現(xiàn)狀,本文為ISM中2.420~2.4835GHz頻段方向回溯天線展寬頻帶研發(fā)寬帶小步進本機振蕩源,給平衡結(jié)構(gòu)外差混頻電路提供射頻兩倍頻的本振信號。由于實際振蕩器穩(wěn)定振蕩后初始相位隨機,短距離移動通信中需要近場回溯,為此從天線波束重定向時延條件和方向回溯陣陣元相位關(guān)系推導廣義相位共軛原理,證明非平面波條件下的相位共軛仍然成立,并設(shè)計4.5~5.3GHz更大選擇范圍的壓控振蕩器。電感電容壓控振蕩器主要由負阻網(wǎng)絡(luò)和諧振電路兩部分構(gòu)成,依據(jù)負阻能量補償原理和微波網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)特性設(shè)計了包含場效應(yīng)晶體管有源偏置、反饋阻抗、高頻扼流和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的負阻電路;利用變?nèi)荻䴓O管和電感并聯(lián)構(gòu)成了寬頻調(diào)諧的LC諧振網(wǎng)絡(luò)。在直流偏置FET柵極加入微帶開路短截線的反饋元件,提高場效應(yīng)晶體管滿足振蕩所需的潛在不穩(wěn)定性。根據(jù)FET有源回路的輸入阻抗確定振蕩電路的輸出負載網(wǎng)絡(luò),由于負載網(wǎng)絡(luò)是非50?的標準終端,故在有源回路和負載網(wǎng)絡(luò)間設(shè)計一個寬頻帶Chebyshev低通匹配電路來獲得電路的最大振蕩功率。選擇滿足調(diào)諧范圍的變?nèi)荻䴓O管,設(shè)計變?nèi)荻䴓O管對的反串電路使得諧振網(wǎng)絡(luò)中二次諧波為零,降低諧波影響、穩(wěn)定電路。在電路獲得穩(wěn)定振蕩后,為改善輸出信號的頻譜純度,在振蕩器輸出端添加平行耦合微帶帶通濾波器電路。將諧振網(wǎng)絡(luò)、負阻網(wǎng)絡(luò)和濾波電路聯(lián)調(diào)優(yōu)化,獲得了調(diào)諧電壓為0.9~10 V時輸出振蕩頻率為4.5~5.3 GHz的線性調(diào)頻,調(diào)諧靈敏度約為112MHz/V,在輸出頻率中心頻點4.9GHz處,相位噪聲為-104.8dBc/Hz@100kHz,-118.8dBc/Hz@1MHz,滿足寬頻低噪特性。為了維持壓控振蕩器的穩(wěn)定性,將壓控振蕩器加入鎖相環(huán),解析環(huán)路濾波器各參數(shù),并通過仿真優(yōu)化確定系統(tǒng)環(huán)路帶寬為1.25MHz,開環(huán)相位裕度為51.567,此時,測試鎖相環(huán)電路獲得中心頻點4.9GHz的快速鎖定,鎖定時間為120μs,電路穩(wěn)定、精度高,滿足方向回溯天線對本振源的要求。
[Abstract]:The directional backtracking antenna completely depends on the analog circuit to track the incoming wave automatically. The phase conjugate directional backtracking antenna system can effectively suppress the multipath effect. In the research of directional backtracking antenna, in view of the increasing amount of information transmitted by the communication system and the gradual increase of the data transmission rate, the signal backtracking function can be completed in the far field and near field. In this paper, a wide band wide band wideband small step local oscillator source is developed for the direction traceback antenna of 2.420 and 2.4835 GHz in ISM, and the local oscillator signal of RF double frequency is provided to the balanced heterodyne mixing circuit. Because the initial phase of the actual oscillator is stable and oscillating, the initial phase of the oscillator is random. In short range mobile communication, the near field backtracking is needed. The generalized phase conjugation principle is derived from the time delay condition of antenna beam redirection and the phase relation of directional backtracking array elements. It is proved that the phase conjugation still holds under the condition of non-plane wave. A voltage-controlled oscillator with a larger selection range of 4.5 ~ 5.3GHz is designed. The inductively capacitive voltage-controlled oscillator is mainly composed of a negative resistive network and a resonant circuit. According to the principle of negative-resistance energy compensation and the S-parameter characteristic of microwave network, the negative resistive circuit including active bias of FET, feedback impedance, high-frequency choke and output matching network is designed. A broadband tuned LC resonant network is constructed by using varactor diodes and inductors in parallel. Feedback elements with microstrip open cut lines are added to the DC offset FET gate. The output load network of the oscillating circuit is determined according to the input impedance of the FET active circuit because the load network is non-50? Therefore, a broadband Chebyshev low-pass matching circuit is designed between the active loop and the load network to obtain the maximum oscillatory power of the circuit. In order to improve the spectral purity of the output signal, the second harmonic in the resonant network is zero, the harmonic effect is reduced, and the circuit is stabilized by designing the circuit of the varactor diode pair. A parallel coupled microstrip bandpass filter circuit is added to the output of the oscillator. By optimizing the resonant network, the negative resistance network and the filter circuit, a linear frequency modulation (LFM) with the output oscillation frequency of 4.5 GHz is obtained when the tuning voltage is 0.910 V. The tuning sensitivity is about 112MHz / V, and the phase noise is -104.8dBc / Hz-104.8dBc / Hz-118.8dBc / Hz-118.8dBc / Hz-1 MHz.In order to maintain the stability of the VCO, the VCO is added to the phase-locked loop and the parameters of the loop filter are analyzed. The loop bandwidth of the system is 1.25 MHz and the open loop phase margin is 51.567 through simulation optimization. At this time, the PLL circuit can obtain a fast locking of 4.9GHz at the center frequency, the locking time is 120 渭 s, the circuit is stable and the precision is high. It can meet the requirement of the local oscillator source for the direction backtracking antenna.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN820;TN752

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本文編號：1511070