ADIsimPLL锁相式毫米波辐射源设计(2)
与微波频段相比，毫米波拥有更高的大气衰减；不仅如此，空气中的水蒸气浓度也会严重影响毫米波信号的传播。例如，频率在57~64GHz段的信号会和大气中的氧气分子发生谐振作用而被削弱。排除损耗较为严重的部分，有四个被称为“大气窗口”的频段，由于受到衰减效应的影响较小并且带宽很宽，因此适合作为通信系统和一些宽带应用的目标频段。另一方面，由于衰减效应降低了毫米波的传输距离，处于吸收峰附近的频段可以被用于对保密性要求高的通信领域，如军事通信方面[11]。
除了大气衰减这一特性外，毫米波的波长更短、频带更宽、拥有更好的抗干扰能力和更大的信息容量。由于天线的小型化，毫米波设备的体积也容易优化，满足某些使用场合对便携性的需求。近年来，微波频段面对日益激烈的使用需求已显得不堪重负，毫米波系统又具备一些微波和红外系统所不具备的优点，使得毫米波领域成为了研究热点。因此，对毫米波系统的“心脏”，即拥有高频率稳定度、相噪性能好的毫米波源的研究，既是一个基础课题，也是整个毫米波领域中极为重要的一环。
1.2 国内外毫米波源研究近况
1.3 本课题介绍
本课题主要研究了35GHz毫米波点频源的设计。
本文首先介绍了毫米波源及其相关理论，针对课题指标采用了锁相环路+倍频电路的方式并进行了论证，针对电路的关键部分锁相环进行了详细的介绍和理论分析，并使用ADIsimPLL和ADS软件选取并优化了环路滤波器的器件参数，最后仿真分析了电路噪声性能，给出分析结果和后续建议。
第二章 锁相环
2.1 锁相环原理
锁相环，是一种典型的反馈控制电路，利用外部输入的参考信号来控制输出信号的频率和相位，达到稳定输出的目的。
图2-1 锁相环的基本原理
锁相环通常由鉴相器(Phase Detector, PD)、环路滤波器(Loop Filter, LF)和压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)三部分构成，鉴相器用来检测输出信号与输入信号的相位差，将之转换成电压信号输出，在再通过低通滤波器滤波，滤波后的电压信号经压控振荡器控制输出信号的频率，输出信号经过反馈回路又回到鉴相器，构成一个闭合回路。反馈回路通常由一个分频器来完成，降低输出信号的频率使其能正常通过鉴相器。当相位差存在时，鉴相器将产生控制电压迫使VCO调整输出信号，直到输出信号的频率与输入信号成比例且相位固定，即完成锁相的目的。下面通过建立模型对锁相环的各部件进行分析，确立锁相环的基本模型和相位模型。
2.2 锁相环的基本模型
2.2.1 鉴相器PD
鉴相器的工作是对输入信号和反馈回路的信号之间的相位差进行比较，并将比较结果反映成电压信号输出。而反映输出的电压信号和相位差之间的关系的函数，称之为鉴相特性。常见的鉴相特性有余弦型、三角型、锯齿型等。除了根据鉴相特性来区别外，鉴相器还根据输入类型分为模拟鉴相器和数字鉴相器，根据用途分为频鉴相器、门鉴相器、样鉴相器等等。
在每个鉴相周期，鉴相器都会将输入和反馈信号的相位进行比较，并输出一个控制电压。由于负反馈作用，相位差不断减小，鉴相器最终会工作在零点附近，工作状态趋于线性。设输入相位为θi(t)，输出相位为θo(t)，相位差为θe(t)，反映出的电压信号为Ue(t)，即：
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