C波段介質(zhì)振蕩器的研究與設(shè)計(jì)
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時(shí)間：2012-02-23
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3 DRO仿真電路設(shè)計(jì)
3．1 靜態(tài)偏置電路
在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，必須選擇合適的場(chǎng)效應(yīng)管并給其提供合適的直流偏置。在ADS元件庫(kù)中找到各器件模型，利用直流仿真器確定場(chǎng)效應(yīng)管的配置電路。
3．2 負(fù)阻電路
在設(shè)計(jì)偏置電路之后，將場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)建為一個(gè)漏極容性反饋電路。負(fù)阻部件是通過(guò)DR同時(shí)與柵極和漏極的兩根微帶線進(jìn)行耦合，對(duì)GaAs FET進(jìn)行漏極電容性反饋實(shí)現(xiàn)的。仿真電路采用單電源設(shè)置FET的Vds和Id。在漏極加入負(fù)阻器件使FET產(chǎn)生負(fù)阻，可以通過(guò)晶體管的柵極的反射系數(shù)幅度來(lái)確定，使S(1，1)的幅值大于1，通常要大于1．2，此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管的源極輸出端接50 Ω的負(fù)載阻抗。加入反饋網(wǎng)絡(luò)后，晶體管滿足了不穩(wěn)定條件，然后通過(guò)其不穩(wěn)定區(qū)域來(lái)設(shè)計(jì)輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，至此負(fù)阻部件的設(shè)計(jì)完成。
3．3 完整電路
將介質(zhì)諧振器與負(fù)阻部件通過(guò)OSC_PORT相連接便構(gòu)成了振蕩器的完整電路，在所期望的振蕩頻率上以下兩個(gè)條件同時(shí)需要得到滿足：
1)存在剩余負(fù)阻；
2)總電抗為零。
剩余負(fù)阻是振蕩器建立振蕩器的需要，當(dāng)負(fù)載獲得振蕩電路最大功率輸出時(shí)，負(fù)載實(shí)部阻抗應(yīng)為負(fù)阻器件實(shí)部阻抗的三分之一。在仿真過(guò)程中，使用ADS中的S參數(shù)仿真器得到電路的輸入阻抗。在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要調(diào)整介質(zhì)諧振器與振蕩場(chǎng)效應(yīng)管的正確位置。給部件建立模型時(shí)必須注意它們的寄生參數(shù)會(huì)使得最終的振蕩器特性的寄生響應(yīng)增加，例如3次諧波對(duì)最終振蕩電路的影響，然而通過(guò)精細(xì)設(shè)計(jì)這些網(wǎng)絡(luò)與部件的參數(shù)，最終振蕩電路的性能不會(huì)受到很大的影響。
利用ADS軟件的諧波平衡分析方法，可以得到以下的仿真結(jié)果：在5．9GHz的頻率上，其輸出功率超過(guò)9dBm，相位噪聲為-125dBc／Hz@10k Hz，-145dBc／Hz@100kHz。
4 設(shè)計(jì)實(shí)例
在本設(shè)計(jì)中，基板板材介電常數(shù)9．6，F(xiàn)ET選擇采用三菱公司的場(chǎng)效應(yīng)管MGF1801進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)偏置使其工作在Vds=6 V，Id=100 mA的工作點(diǎn)上。不加介質(zhì)塊時(shí)，應(yīng)不產(chǎn)生振蕩或者振蕩頻率遠(yuǎn)離所需振蕩頻率；加上介質(zhì)塊后，蓋上諧振腔蓋板后，調(diào)節(jié)螺桿，如果螺桿向下旋進(jìn)時(shí)頻率增加，則說(shuō)明介質(zhì)塊的諧振頻率牽引住了電路的自激頻率，此時(shí)可以調(diào)整到所需振蕩頻率，如果螺桿向下旋進(jìn)時(shí)頻率減小或時(shí)增時(shí)減，則說(shuō)明介質(zhì)塊的諧振頻率沒(méi)有牽引住電路的自激頻率，應(yīng)調(diào)整介質(zhì)塊的位置：當(dāng)調(diào)至所需頻率后，再看頻率是否穩(wěn)定，此時(shí)振蕩頻率應(yīng)在所需頻率處有小范圍地上下浮動(dòng)。通過(guò)調(diào)試可以得到以下的測(cè)試結(jié)果：圖5所示為并聯(lián)反饋型結(jié)構(gòu)DRO的實(shí)物圖，圖6所示為DRO的輸出功率測(cè)試結(jié)果和100 kHZ時(shí)的相位噪聲測(cè)試結(jié)果。在5．9 GHz的頻率上，其輸出功率超過(guò)10 dBm，相位噪聲為-100 dBc／Hz@10 kHz，-124dBc／ Hz@100kHz，頻率穩(wěn)定度為8．4×10-6。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/155243.htm
5 結(jié)束語(yǔ)
在負(fù)阻原理的基礎(chǔ)上，利用HFSS和ADS軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款頻率為5．9GHz的介質(zhì)振蕩器，其性能良好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。與傳統(tǒng)的等效電路設(shè)計(jì)方法相比，該方法更為快捷、簡(jiǎn)單，該形式的振蕩器簡(jiǎn)單、便于調(diào)試，對(duì)于雷達(dá)接收機(jī)本振的設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。
評(píng)論