X波段高性能振荡器设计与研究

发布时间：2017-10-04 16:45

  本文关键词：X波段高性能振荡器设计与研究

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【摘要】：随着无线通信、军用雷达、电子对抗、航空航天、生物医疗、空间遥感等领域的广泛发展,因此微波信号源的指标要求越来越高。作为上述领域的关键部件之一振荡器,它能提供了高频谱纯度的信号源。我们希望所使用的振荡器具有低相位噪声、高输出功率、工作稳定性强、结构紧凑及低成本等特点。由于对低相位噪声、高频谱纯度、低成本的X波段振荡器的设计要求,则对高Q值、易于与PCB电路板集成的谐振电路的研究和设计显得尤为重要。SIW谐振器具有上述优异的特性,本文主要针对基片集成波导(SIW)谐振器进行研究和建模仿真,并将设计出的SIW谐振器作为负阻式振荡器或反馈式振荡器两种振荡电路的频率选择元件。同时将SIW谐振器与振荡电路进行建模联合仿真获得优异的相位噪声、输出功率及高结构紧凑度。本文共设计三个方案:第一个方案采用小尺寸及高Q值的四分之一模基片集成波导(QMSIW)谐振器,其谐振器尺寸大约为SIW谐振器的25%,并应用于负阻式振荡电路中,通过测试得知振荡频率为9.03GHz,直流消耗功率为20mW情况下有5.04dBm的功率输出,相位噪声为-98.8dBc/Hz@100kHz,-120.4d Bc/Hz@1MHz,通过计算得出figure of merit(FOM)为-184.9dBc/Hz。第二个方案采用高Q值工作在TE102模式SIW谐振器,并在谐振器上集成两个差分输出端口,并应用于反馈式振荡电路中,通过测试得知振荡频率为9.01GHz,直流消耗功率为20mW情况下有1.8dBm的功率输出,两个输出端口的相位差基本为180°,相位噪声为-104.3dBc/Hz@100kHz,-133dBc/Hz@1MHz,通过计算得出FOM为-190.4dBc/Hz。此方案不需要在输出端口外接一个微波巴伦或者使用两个有源器件就能实现输出端口180°相位差,使得振荡电路尺寸进一步缩小和节约成本。第三个方案采用高Q值双模SIW双工器背靠背结构实现两个反馈式子振荡器,两个子振荡器的隔离度由双工器提供,从而能够抑制两个输出振荡信号之间的交调。双工器由两个高Q值双模SIW滤波器通过T型结构成,它作为振荡环路频率选择元件能有效的降低振荡器输出信号的相位噪声。仿真结果显示该双频振荡器能同时输出9GHz,10.06GHz两个频率的振荡信号,输出功率分别为4.982dBm和5.090dBm,相位噪声分别为-134.7dBc/Hz@100kHz,-155.0dBc/Hz@1MHz和134.1dBc/Hz@100kHz,-154.1dBc/Hz@1MHz。
【关键词】：X波段 振荡器 SIW 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 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 基于基片集成波导谐振器的振荡器发展现状11-12
• 1.3 本文的工作内容及结构安排12-13
• 第二章 振荡器及SIW基本理论13-29
• 2.1 振荡器简述13-22
• 2.1.1 负阻振荡器理论13-17
• 2.1.1.1 单端口负阻振荡器理论13-15
• 2.1.1.2 二端口负阻振荡器理论15-17
• 2.1.2 反馈式振荡器理论17-19
• 2.1.3 提高频率稳定度的方法19-20
• 2.1.4 提高相位噪声的方法20-22
• 2.2 SIW基本理论简述22-28
• 2.2.1 基片集成波导基本理论23-24
• 2.2.2 基片集成波导谐振腔基本理论24-28
• 2.2.2.1 SIW谐振腔24-25
• 2.2.2.2 HMSIW谐振腔25-26
• 2.2.2.3 QMSIW谐振腔26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 基于QMSIW谐振器的X波段负阻式振荡器29-41
• 3.1 方案提出29
• 3.2 QMSIW谐振器设计29-32
• 3.3 振荡电路设计32-39
• 3.3.1 静态工作点扫描32-33
• 3.3.2 高频扼流偏置电路设计33-34
• 3.3.3 输出电路设计34-35
• 3.3.4 振荡电路仿真35-37
• 3.3.5 QMSIW负阻式振荡器版图37-38
• 3.3.6 测试结果及分析38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 基于SIW谐振器的X波段反馈式振荡器41-66
• 4.1 差分输出振荡器41-52
• 4.1.1 提出方案41-42
• 4.1.2 SIW谐振器设计42-45
• 4.1.3 振荡电路设计45-52
• 4.1.3.1 静态工作点扫描45-46
• 4.1.3.2 振荡电路仿真46-50
• 4.1.3.3 基于SIW谐振器差分输出振荡器版图50
• 4.1.3.4 测试结果及分析50-52
• 4.2 同时双频输出振荡器52-64
• 4.2.1 提出方案52-53
• 4.2.2 SIW双工器设计53-59
• 4.2.2.1 低频双模滤波器设计53-56
• 4.2.2.2 高频双模滤波器设计56-58
• 4.2.2.3 双工器设计58-59
• 4.2.3 振荡电路设计59-64
• 4.3 本章小结64-66
• 第五章 结论与展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻硕期间的研究成果71-72

【参考文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杨晓东;樊勇;张显静;;X波段介质稳频压控振荡器[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 梁志强;低相噪高线性压控振荡器研究与实现[D];华南理工大学;2013年

2 原庆;X波段振荡器设计[D];电子科技大学;2012年

3 程磊;基片集成波导滤波器相关研究[D];西安电子科技大学;2012年

4 刘婷;基片集成波导滤波器的研究[D];西安电子科技大学;2010年

5 黄光龙;基于SIW技术的Ka波段振荡源的研究[D];电子科技大学;2009年

6 骆明伟;低相噪锁相介质振荡器的研制[D];电子科技大学;2007年

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本文编号：971757