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随着海洋科学探究的发展,雷达设备已成为海洋探测必不可少的设备之一。频率综合器作为雷达系统的核心,其性能指标会直接影响整个雷达系统的综合性能。随着电子产品更新迭代的速度加快,雷达系统对频率综合器的性能要求也在逐渐提高,不断向宽频带、低杂散、细步进、小型化的方向发展。基于此研究背景,本文根据武汉大学无线电海洋遥感实验室的S波段测浪雷达系统的指标需求,阐述了一款应用于S波段测浪雷达系统的小型化频率综合器的研制过程。
文章首先介绍了目前较成熟的频率综合器设计方案,并简述了相关方案的原理以及优缺点,并通过列表的方式对不同方案的性能指标进行了对比,然后,根据S波段测浪雷达系统的指标需求,确定了本频率综合器的设计方案。通过器件选型和参数验算,进一步讨论了方案的可实现性。
所述频率综合器的电路采用模块化思想进行设计,根据系统输出信号的需求,将电路划分为3个大部分,分别为第一本振信号部分、第二本振信号部分和射频激励信号部分,然后分别对各部分电路再进行细分为DDS电路部分、PLL电路部分、时钟电路部分、电源部分以及射频电路部分。然后,依次对各部分电路进行电路设计和原理图绘制,DDS和PLL的电路设计则利用ADIsimDDS、ADIsimPLL软件辅助完成。根据绘制的原理图,对PCB进行设计,其布局布线严格根据数模混合设计规则与射频电路设计规则进行。然后,利用PolarSi9000、ANSYSSIwave、ICEPAK软件对PCB进行特性阻抗、S参数、电磁性能、散热性能等相关参数的仿真分析,确保了设计的准确性。在完成了电路的设计与仿真后,还对频率综合器进行了屏蔽腔的设计,使用Solidworks完成了对屏蔽腔的建模,并利用ANSYSElectromagneticSuite中的ElectronicsDesktop软件的HFSS组件对屏蔽腔的自谐振频率和特定频率激励下的腔体内电磁场分布做了仿真,确保了屏蔽腔的有效性。
最后,对设计的频率综合器进行焊接、组装和调试。在调试完成后,分别给出了3路输出信号的各项指标的测试结果,包括幅度测量、相位噪声测量、信杂比测量、扫频带宽测量,并对相应的测试结果进行了分析与总结。从测试结果来看,本频率综合器的各项指标参数均达到了设计需求。数字电路模块和模拟电路模块的整合,也成功的将8.8×48.3×35cm的模块,减小至2.6×8.6×13.4cm大小的模块,有效的减小了系统设备的体积,提高了设备应用的灵活性。
文章首先介绍了目前较成熟的频率综合器设计方案,并简述了相关方案的原理以及优缺点,并通过列表的方式对不同方案的性能指标进行了对比,然后,根据S波段测浪雷达系统的指标需求,确定了本频率综合器的设计方案。通过器件选型和参数验算,进一步讨论了方案的可实现性。
所述频率综合器的电路采用模块化思想进行设计,根据系统输出信号的需求,将电路划分为3个大部分,分别为第一本振信号部分、第二本振信号部分和射频激励信号部分,然后分别对各部分电路再进行细分为DDS电路部分、PLL电路部分、时钟电路部分、电源部分以及射频电路部分。然后,依次对各部分电路进行电路设计和原理图绘制,DDS和PLL的电路设计则利用ADIsimDDS、ADIsimPLL软件辅助完成。根据绘制的原理图,对PCB进行设计,其布局布线严格根据数模混合设计规则与射频电路设计规则进行。然后,利用PolarSi9000、ANSYSSIwave、ICEPAK软件对PCB进行特性阻抗、S参数、电磁性能、散热性能等相关参数的仿真分析,确保了设计的准确性。在完成了电路的设计与仿真后,还对频率综合器进行了屏蔽腔的设计,使用Solidworks完成了对屏蔽腔的建模,并利用ANSYSElectromagneticSuite中的ElectronicsDesktop软件的HFSS组件对屏蔽腔的自谐振频率和特定频率激励下的腔体内电磁场分布做了仿真,确保了屏蔽腔的有效性。
最后,对设计的频率综合器进行焊接、组装和调试。在调试完成后,分别给出了3路输出信号的各项指标的测试结果,包括幅度测量、相位噪声测量、信杂比测量、扫频带宽测量,并对相应的测试结果进行了分析与总结。从测试结果来看,本频率综合器的各项指标参数均达到了设计需求。数字电路模块和模拟电路模块的整合,也成功的将8.8×48.3×35cm的模块,减小至2.6×8.6×13.4cm大小的模块,有效的减小了系统设备的体积,提高了设备应用的灵活性。