【摘 要】
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微波频率源在通信系统中扮演着非常重要的角色,被广泛应用于雷达和无线系统中,而振荡器又是频率源的核心。由于推-推型振荡器具有相位噪声低,输出频率高的优点,因此得到越来越广泛的关注。本文首先介绍了推-推型振荡器的设计原理,选择具有较高复数品质因数(Qsc)的基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）差分带通滤波器作为推-推型振荡器的共用选频网络。其差分特性可以
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微波频率源在通信系统中扮演着非常重要的角色,被广泛应用于雷达和无线系统中,而振荡器又是频率源的核心。由于推-推型振荡器具有相位噪声低,输出频率高的优点,因此得到越来越广泛的关注。本文首先介绍了推-推型振荡器的设计原理,选择具有较高复数品质因数(Qsc)的基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）差分带通滤波器作为推-推型振荡器的共用选频网络。其差分特性可以使推-推型振荡器两个环路具有更好的对称性,保证了两个环路输出信号正交,合路后获得更好的奇次谐波抑制和更大的偶次谐波输出。根据以上原理制作出了低相位噪声和高谐波抑制度的推-推型振荡器。同时实现了一款基于可调SIW差分滤波器的推-推型压控振荡器（voltage controlled oscillator,VCO）,使振荡频率在较宽频带内可调谐。实测数据表明,本文设计的基于SIW差分滤波器的推-推型振荡器具有良好的相位噪声性能。本文根据SIW差分滤波器和Qsc峰值原理,设计并制作了三款相位噪声性能良好的推-推型振荡器:1、首先设计了一款基于SIW矩形双模差分滤波器的推-推型振荡器,根据振荡器频率指标,把滤波器Qsc峰值设计在对应的工作频率处,最终输出频率为13.42GHz,偏离载波1MHz处的相位噪声为-134.94dBc/Hz,FOM值为-201.48dBc/Hz,与其它已发表的振荡器相比,其具有较低的FOM值。2、由于实物加工误差、晶体管参数不一致性等因素,导致推-推型振荡器实际振荡频率偏移原设计频率,在频率偏移后,振荡器振荡频率不在Qsc峰值频率处,从而造成相位噪声性能下降。针对此问题,设计了一款相位可调的推-推型压控振荡器,通过电路中的移相器实现振荡器环路相位可调,使最终振荡频率调谐回Qsc峰值对应的频点上。振荡器输出频率为13.66GHz,偏离载波1MHz处的相位噪声为-136.1dBc/Hz,FOM值为-202.81dBc/Hz,与第一款相比较,其相位噪声性能有了进一步提高。另外,将180°混合环代替传统的Wilkinson功分器,使推-推型振荡器同时输出基波和二次谐波,该设计能够运用于谐波雷达系统中,进一步扩展了推-推型振荡器的使用价值。3、最后设计了一个中心频率可调的SIW差分滤波器,并将此作为共用选频网络,实现了一款推-推型压控振荡器。振荡器输出频率为13.48GHz～13.63GHz,可调谐范围约150MHz,同时在13.63GHz处,其相位噪声约为-126.87dBc/Hz@1MHz,与其它已发表的压控振荡器相比,其具有良好的相位噪声性能。同时针对基波抑制度不够高的问题,设计了一个SIW功率合成器,通过实测数据表明,连接此SIW功率合成器后,振荡器的基波抑制度得到明显提高,在振荡频率13.63GHz处达到-32dBc。
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