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随着第五代移动通信(5G)、汽车自动驾驶、医疗检测等领域的快速发展,毫米波因蕴含大量的频谱资源而引起关注,其中首要解决的问题是高性能频率信号来源,需要高稳定性、低相位噪声和宽频带的毫米波频率源做支持。本文对Ka波段频率源进行设计研究,在分析锁相环各组成部分的工作原理和环路系统的传输特性之后,形成了系统方案,开展了基于锁相环电路的系统设计研发,完成了性能评价等方面的测试,取得如下研究结果:(1)成功研发了锁相环电路单元。利用ADF5355芯片作为锁相环主芯片,对其传输特性和相位噪声进行仿真优化;根据仿真结果绘制锁相环电路的原理图,采用罗杰斯RO4350板材,基于微带线理论对锁相环电路进行阻抗匹配设计;绘制PCB版图并加工电路板,利用微控制器CY7C68013A芯片完成对锁相环电路的控制。测试结果表明:锁相环可以实现0.054GHz-14GHz的频率输出,频率步进为1.2MHz,相位噪声在1.8GHz时为-132.84dBc/Hz@1MHz,在12GHz时为-120.72dBc/Hz@1MHz。(2)成功研发了一款倍频器。利用HMC561芯片设计了一款输出频率为8GHz-21GHz的倍频器,经测试在11GHz-15GHz范围内倍频器具有增益效果,最大增益为6dB。(3)通过将锁相环电路、功率放大器和HMC578倍频模块级联,搭建Ka波段频率源系统。测试结果表明,该系统能够实现24GHz-28GHz的稳定频率输出,满足目标频率为26.5GHz-28GHz的设计要求。频率稳定度达0.6ppm,频率步进为2.4MHz,并且具有0dBm以上的输出功率。杂散抑制优于-50dBc,在27GHz时相位噪声为-113.90dBc/Hz@1MHz。(4)搭建了毫米波收发模块,将设计的频率源作为发射模块的信号来源开展应用测试。结果表明:在24GHz-28GHz不同频点上毫米波频率源产生的信号在接收端均能被准确接收,该频率源可以为系统提供信号来源。