【摘 要】
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在微波系统中,振荡器就相当于整个系统的心脏,为系统提供能量,是系统的重要组成部件之一,该系统的性能指标与振荡器的性能直接相关。随着微波系统的发展,对振荡器的相位噪声性能的要求越来越高,传统结构的振荡器难以满足目前的需求。本文首先从并联反馈型振荡器着手,将复数品质因数理论与其相结合,设计了一款并联反馈型基片集成波导结构的压控振荡器。然后为提高振荡器的振荡频率,采用了推-推型结构,使用差分滤波器作为共
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在微波系统中,振荡器就相当于整个系统的心脏,为系统提供能量,是系统的重要组成部件之一,该系统的性能指标与振荡器的性能直接相关。随着微波系统的发展,对振荡器的相位噪声性能的要求越来越高,传统结构的振荡器难以满足目前的需求。本文首先从并联反馈型振荡器着手,将复数品质因数理论与其相结合,设计了一款并联反馈型基片集成波导结构的压控振荡器。然后为提高振荡器的振荡频率,采用了推-推型结构,使用差分滤波器作为共用谐振器设计了一款推-推型压控振荡器。最后,提出了将基于差分滤波器的推-推型振荡器与谐波注入锁定振荡器相结合的推-推型注入锁定振荡器,能够更进一步的优化推-推型振荡器的相位噪声性能。本文首先从微波振荡器的理论着手,分析了并联反馈型振荡器、推-推型振荡器和注入锁定振荡器,介绍了相应的电路结构以及相位噪声模型。其中本文使用的推-推型结构不同于传统双推型结构,采用具有高复数品质因数和高共模抑制度的差分带通滤波器作为其共用选频网络,确保两路子振荡器完全对称,有利于相位噪声性能的优化。同时在振荡器相位噪声分析部分还详细介绍了复数品质因数对相位噪声性能的影响。根据上述理论分析,设计三种结构的振荡器,三款振荡器均基于复数品质因数理论设计,其中并联反馈型振荡器和推-推型振荡器均实现了压控振荡器的功能。本文设计的三款振荡器振荡频率均包含复数品质因数峰值对应频率,都拥有良好的相位噪声性能:1、首先设计了一款并联反馈型压控振荡器,谐振器采用基片集成波导结构,通过调节其源-负载耦合度,使谐振器在频率指标要求6.8GHz处具有最佳的复数品质因数,以获得最优的相位噪声性能。同时在振荡环路中加入可调移相器,通过改变环路相位的方式实现压控振荡器功能,在压控振荡器输出频率范围为6.74-6.96GHz、调谐带宽为220MHz的条件下,能够有效的调谐至谐振器复数品质因数峰值处。2、然后为拓宽晶体管的频率上限,采用了推-推型结构,选择复数品质因数峰值同样位于6.8GHz处的差分滤波器作为共用谐振器,根据差分滤波器的差分输入、差分输出特性,直接产生两路基波相位相反的信号,更有利于获得低相噪、高基波抑制度和高二次谐波输出功率的信号,同样在环路中加入可调移相器,实现压控振荡器的功能。最终输出频率为13.5-13.66GHz,调谐带宽为160MHz,13.6GHz处的相位噪声约为-132d Bc/Hz@1MHz,对应的FOM值为-198.65d Bc。3、最后为进一步提高相位噪声性能,通过将谐波注入锁定振荡器与推-推型振荡器结合起来,以第一款振荡器为注入源,通过混合环产生两路相位相反的信号,同时注入到推-推型振荡器的两个振荡环路中,实现了注入锁定,锁定带宽约为50MHz。最终输出信号的频率为13.6GHz,相位噪声约为137d Bc/Hz@1MHz,对应的FOM值为-203.65d Bc。与注入锁定振荡器的理论相符,相较于第二款振荡器获得了更好的相位噪声。
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