C波段介質(zhì)振蕩器的研究與設計
摘要:利用負阻原理設計了5.9 GHz介質(zhì)振蕩器(DRO),采用HFSS軟件對介質(zhì)諧振塊(DR)進行三維仿真,應用Agilent公司的ADS軟件對DRO進行了優(yōu)化設計和非線性分析,用該方法制作的并聯(lián)反饋式DRO性能良好,輸出功率為10 dBm,相位噪聲達到-100 dBc/Hz@10kHz,-124dBc/ Hz@100kHz。
關鍵詞:負阻;介質(zhì)振蕩器(DRO);三維仿真;相位噪聲
隨著現(xiàn)代無線通信事業(yè)的發(fā)展,移動通信、雷達、制導武器和電子對抗等系統(tǒng)對本振源提出了越來越高的要求。介質(zhì)振蕩器(DRO)由于其優(yōu)異的噪聲性能、頻譜純度和穩(wěn)定度成為了一種應用廣泛的微波毫米波頻率源。本文突破了以往對于DRO的設計,將DR部分通過理論計算,轉(zhuǎn)化為等效電路的設計方法,嘗試了首先利用三維場仿真軟件HFSS對DR(介質(zhì)塊)及其與周邊微帶線的耦合空間進行仿真計算,得到相應參數(shù)后,再將DR模型代入ADS仿真軟件中進行設計與優(yōu)化,并給出了5.9 GHz介質(zhì)振蕩器設計實例,其性能良好。
1 DRO振蕩器設計原理與步驟
采用源極輸出并聯(lián)反饋式電路,其有載Q值高,相位噪聲低,結(jié)構(gòu)簡單,便于精確設計,并且源極輸出雖然功率較小,但只需單電源,且負載與諧振電路間存在一定解耦,適合作接收機本振,如圖1所示。該電路采用源極輸出式,DR同時耦合于微帶線的兩側(cè),并且通常采用高增益放大器,允許DR與微帶線間耦合極松,使DR具有一個較高的有載品質(zhì)因數(shù)值,從而使振蕩器有較低的相位噪聲,這里DR相當于一個帶阻濾波器。
反饋型振蕩器其實質(zhì)是負阻型振蕩器,設計時可利用負阻原理進行分析,將振蕩器變換為一個雙端口網(wǎng)絡,如圖2所示,如果終端端口滿足了振蕩電路的平衡條件,負載端口也就自然滿足了平衡條件;反之亦然,即:
因此兩端口負阻振蕩電路的設計步驟如下:
1)選擇在振蕩頻率下能夠處于非穩(wěn)定狀態(tài)的晶體管。
2)設計終端網(wǎng)絡使得輸人端口的電壓反射系數(shù)|ΓIN|>1,可以適當采用引入反饋的方法提供輸入端口的電壓反射系數(shù)。
3)設計負阻網(wǎng)絡使其能與等效單端口負阻網(wǎng)絡ZIN滿足振蕩條件,選擇合適的負載網(wǎng)絡以獲得最大的功率輸出。
基于以上理論,使用ADS軟件設計和仿真負阻器件,以滿足起振條件,即|ΓIN|>1,并且設計諧振器電路以滿足穩(wěn)定振蕩條件,即式(1)和式(2)。最后將負阻器件和諧振電路這兩部分電路合并,用諧波平衡法對整個電路的性能在ADS中進行仿真。
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