C波段介質(zhì)振蕩器的研究與設(shè)計(jì)

摘要：利用負(fù)阻原理設(shè)計(jì)了5．9 GHz介質(zhì)振蕩器(DRO)，采用HFSS軟件對(duì)介質(zhì)諧振塊(DR)進(jìn)行三維仿真，應(yīng)用Agilent公司的ADS軟件對(duì)DRO進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dá)到-100 dBc／Hz@10kHz，-124dBc／ Hz@100kHz。
關(guān)鍵詞：負(fù)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(dòng)通信、雷達(dá)、制導(dǎo)武器和電子對(duì)抗等系統(tǒng)對(duì)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(yīng)用廣泛的微波毫米波頻率源。本文突破了以往對(duì)于DRO的設(shè)計(jì)，將DR部分通過理論計(jì)算，轉(zhuǎn)化為等效電路的設(shè)計(jì)方法，嘗試了首先利用三維場(chǎng)仿真軟件HFSS對(duì)DR(介質(zhì)塊)及其與周邊微帶線的耦合空間進(jìn)行仿真計(jì)算，得到相應(yīng)參數(shù)后，再將DR模型代入ADS仿真軟件中進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并給出了5．9 GHz介質(zhì)振蕩器設(shè)計(jì)實(shí)例，其性能良好。

1 DRO振蕩器設(shè)計(jì)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(jiǎn)單，便于精確設(shè)計(jì)，并且源極輸出雖然功率較小，但只需單電源，且負(fù)載與諧振電路間存在一定解耦，適合作接收機(jī)本振，如圖1所示。該電路采用源極輸出式，DR同時(shí)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(gè)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(dāng)于一個(gè)帶阻濾波器。

反饋型振蕩器其實(shí)質(zhì)是負(fù)阻型振蕩器，設(shè)計(jì)時(shí)可利用負(fù)阻原理進(jìn)行分析，將振蕩器變換為一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示，如果終端端口滿足了振蕩電路的平衡條件，負(fù)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(fù)阻振蕩電路的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)終端網(wǎng)絡(luò)使得輸人端口的電壓反射系數(shù)|ΓIN|>1，可以適當(dāng)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(shè)計(jì)負(fù)阻網(wǎng)絡(luò)使其能與等效單端口負(fù)阻網(wǎng)絡(luò)ZIN滿足振蕩條件，選擇合適的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)以獲得最大的功率輸出。
基于以上理論，使用ADS軟件設(shè)計(jì)和仿真負(fù)阻器件，以滿足起振條件，即|ΓIN|>1，并且設(shè)計(jì)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(fù)阻器件和諧振電路這兩部分電路合并，用諧波平衡法對(duì)整個(gè)電路的性能在ADS中進(jìn)行仿真。