频率合成技术的最早提出在二十世纪三十年代,至今为止有大量的频率合成相关的研究与设计被提出,在各类的电子通讯系统发展过程中发挥着至关重要的作用。S波段一直是一个非常重要的频段,广泛应用于雷达通信、卫星通信、蓝牙设备、无线设备甚至于当下热门的5G技术,在这样一个设计背景之下本文提出设计一款工作在S波段的频率合成器。根据工作类型和设计方法的不同,频率合成器有很多分类,本文选择使用了锁相频率合成的技术路线,首先介绍分析了锁相环路的结构组成,包括参考源、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等器件,随后根据锁相环路的相位模型,推导计算了锁相环路的传输函数,并对锁相环的相位噪声与杂散指标进行了简要分析。本文根据晶体管电路和振荡器电路的设计理论,结合了经典的Leeson公式和品质因数理论讨论,在ADS(Advanced Design System)软件中针对振荡器电路偏置电路、调谐电路、反馈回路等进行了相关仿真,基于品质因数的改进模型,一定程度上改善了振荡器电路的相位噪声特性,最终成功设计、制作了一个工作在3.0GHz到3.6GHz的压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator),相位噪声为-90dBc/Hz@10kHz,基本符合设计指标要求,并将本文设计与市面上主流厂商的VCO芯片进行了部分指标比较,证明本文设计的VCO设计花费低,设计灵活,在性能指标上也比较接近成熟产品,具备一定的应用价值。随后本文针对锁相环路中环路滤波器的设计阶数进行ADS仿真分析讨论,选择了三阶环路滤波器的滤波器方案,随后经过ADIsimpll软件对环路带宽以及环路系统进行仿真验证后,根据锁相环芯片ADF4150的功能需要与芯片配置,设计了相应的芯片外围电路,最后配合第三章设计的压控振荡器、外协的控制板电路实现控制操作完成了S波段频率合成器的设计,并对输出功率、相位噪声、频谱杂散等指标进行了测试,该频率合成器稳定工作,可稳定输出3GHz-3.6GHz信号,信号幅度大于-5dbm,相位噪声约为-95dBc/Hz@10kHz,杂散抑制情况良好,达到60dB以上。本文设计基于振荡器设计理论和锁相环频率合成理论,完成了一款以晶体管电路为基础的压控振荡器电路,并在此基础上设计补充了锁相环路其他器件例如环路滤波器,通过对芯片的ADF4150的配置,最终实现了一款工作在S波段内的锁相环式频率合成器,并完成了对相位噪声、输出功率、杂散抑制等指标的测试,该器件性能良好,满足了设计需求,具备了一定的应用价值。最后在本文结尾总结了设计的一些不足之处,并提出了后续的工作安排与设计展望。