基于高温超导谐振腔的X波段振荡器研制

发布时间：2017-10-25 15:03

  本文关键词：基于高温超导谐振腔的X波段振荡器研制

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【摘要】：微波振荡器作为各种微波系统的关键部件,相位噪声和频率的长期稳定性为其关键指标。基于这一背景,本文通过设计一款基于高温超导谐振腔稳频的X波段振荡器,对振荡器的理论进行分析及工程实践上的一些问题进行研究。本文中振荡器采用反馈式振荡器模型设计,由放大器和反馈网络组成,反馈网络包括谐振网络和移相器,选用高温超导谐振腔作为谐振网络。文中对振荡器起振条件进行了理论上的分析,基于Leeson相位噪声模型对影响振荡器相位噪声因素进行分析,其中谐振网络有载品质因数LQ对振荡器相位噪声的影响较大,即有载品质因数LQ越高,振荡器相应的相位噪声越好。文中进一步阐述了作为谐振网络的高温超导谐振腔理论,分析了影响高温超导谐振腔有载品质因数的几个重要因素。基于对振荡器理论的分析,首先对振荡器进行了整体的设计分析,确定了基本的方案。通过电磁仿真软件HFSS对高温超导谐振腔的结构进行建模,分析高温超导谐振腔中耦合结构对高温超导谐振腔有载品质因数及稳定性的影响,选择出合适的耦合模式和结构;环路放大器采用两级BJT管子进行级联设计,使其满足振荡器的起振的增益条件,且环路放大器采用低噪声的设计来保证振荡器的噪声输出在低的水平上,用来提高整个振荡器的相位噪声;移相器选用模拟移相器,使其可以在360度范围内实现连续可调,以满足振荡器的相位起振条件;对定向耦合器进行了设计,完成振荡器各个器件的设计。最后对各个器件进行了制作和调试,其中,高温超导谐振腔的有载品质因数高达410000,其极高的有载品质因数LQ对实际振荡器实现较好的相位噪声指标有很大的帮助,最终研制出了一款输出频率为11.966GHz的振荡器,其杂波抑制达到70dB以上,其相位噪声为-86.05dBc/Hz@1kHz,-109.17 dBc/Hz@10kHz,-118.74 dBc/Hz@100kHz,-140.95 dBc/Hz@1MkHz。
【关键词】：X波段 振荡器 高温超导谐振腔 相位噪声
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN752
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 微波振荡器的发展和应用10
• 1.2 高性能振荡器的介绍10-12
• 1.2.1 稳频方式的介绍10-11
• 1.2.2 高温超导谐振腔稳频振荡器的发展11-12
• 1.3 本文的主要内容12-13
• 第二章 振荡器的基本理论13-32
• 2.1 振荡器振荡条件13-16
• 2.1.1 振荡器的巴克豪森准则13-14
• 2.1.2 振荡器的奈奎斯特准则14-16
• 2.2 振荡器的相位噪声表示方法16-19
• 2.3 相位噪声的模型19-24
• 2.3.1 相位噪声的Leeson模型19-21
• 2.3.2 相位噪声的Ali Hajimiri&Thomas H. Lee模型21-23
• 2.3.3 相位噪声的Demir，Mehrotra &Roychowdhury模型23-24
• 2.4 相位噪声与谐振网络品质因数的关系24-31
• 2.4.1 谐振网络的品质因数24-26
• 2.4.2 二端口网络表示谐振网络26-28
• 2.4.3 有载品质因数对振荡器相位噪声的影响28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 高温超导谐振腔的理论和分析32-42
• 3.1 介质谐振器的基本理论及分析32-33
• 3.2 圆柱型介质谐振器的理论33-38
• 3.3 高温超导谐振腔的基本结构及等效电路38-39
• 3.4 高温超导谐振腔的品质因数39-40
• 3.5 高温超导谐振腔中影响LQ的因素40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 振荡器的设计42-72
• 4.1 振荡器整体方案的设计42-43
• 4.2 高温超导谐振腔的耦合仿真分析43-57
• 4.2.1 高温超导谐振腔环耦合分析43-52
• 4.2.2 高温超导谐振腔的孔耦合分析52-57
• 4.3 环路放大器的设计57-66
• 4.3.1 放大器偏置电路分析57-60
• 4.3.2 放大器匹配网络分析60-61
• 4.3.3 放大器的稳定性分析61-63
• 4.3.4 放大器整体设计63-66
• 4.4 移相器的设计66-67
• 4.5 定向耦合器的设计67-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 振荡器的测试及数据分析72-85
• 5.1 高温超导谐振腔的测试72-77
• 5.2 环路放大器的测试77-78
• 5.3 移相器的测试78-79
• 5.4 定向耦合器的测试79-81
• 5.5 振荡器系统的调试和测试81-84
• 5.6 本章小结84-85
• 第六章 结论85-86
• 6.1 总结85
• 6.2 展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-91

【参考文献】

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1 刘小利,孙忠良;X波段低噪声高阶模式介质稳频振荡器[J];电子科学学刊;1997年03期

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本文编号：1094237