X波段介质振荡器的设计
- 格式：pdf
- 大小：312.81 KB
- 文档页数：4
下载文档原格式
合集下载
振荡器的原理和设计方法
振荡器的原理和设计方法分析和设计振荡器有两种常用的理论：正反馈理论和负阻振荡理论。
正反馈理论是将振荡器从电路上分为基本放大器和反馈网络两部分，从工作过程上分为起振到平衡两个阶段。
在微波频段由于各种分布参数和寄生效应的影响，将振荡器严格的分为具体的两部分较为困难，用负阻振荡理论可以很好的解释振荡机理，一般将器件看成一个单端口网络，主要考察端口阻抗而不管网络内部划分成几个部分。
在正反馈理论中，将振荡器在结构上划分为一个放大器和反馈网络两部分，如图2.3-1所示，则该振荡器的闭环传递函数G A可以表示为式2.3-1。
而振荡器有输出无输入，则Vin =0，Vout>0，所以式2.3-1分母为0，即G m(ω)=H A(ω) H F(ω)＝1，设H F(ω)＝H(ω)+j H(ω),放大器为实数增益，则有式2.3-2。
式2.3-2只适用于稳态情况，而在振荡器初始状态，必须有G m(ω)>1,即环路增益必须大于1才能使传递电压逐步增加，但这种增加不是无限制的进行下去，而是最终稳定在频率和功率保持不变的状态，这时满足振荡器的幅度条件和相位条件，即G m(ω)＝1，φm(ω)＝2nπ，(n=0,1,2….)，振荡器最终工作在大信号状态。
振荡器的反馈回路包括振荡器的幅度条件和相位条件，即在某一频率点上将最终满足G m(ω)=H A(ω) H F(ω)＝1，而在其它频率点上任何一个条件不能满足都不能起振。
除此之外，振荡器还必须满足稳定条件。
在振荡器由起振逐步过渡到平衡状态时，如果收到细微的噪声干扰，平衡状态将被破坏，振荡器的工作状态将有两种变化趋势，一个是经放大和反馈的作用，振荡器的工作平衡点远离原来的平衡点，在新的位置达到平衡，而且在干扰消失后不能回到原平衡点。
第二种变化趋势是在受到干扰后，振荡器能在原平衡点附近建立新的平衡，而干扰消失后振荡器能迅速恢复到原来的状态，第二种即是需要的稳定状态。
根据反馈网络的不同，又分为Colpitts 型、Hartley 型和Clapp 型。
微波介质振荡器抗振结构的模态分析及其设计
微波介质振荡器抗振结构的模态分析及其设计微波介质振荡器是一种主要用于射频信号发生器的重要组成部分，其主要功能是根据电荷积累和放电过程在谐振腔中产生一种稳定的射频信号。
而振荡器的抗振结构是为了减少外部环境振动对振荡器工作的影响而设计的。
本文主要介绍了微波介质振荡器抗振结构的模态分析及其设计原则。
微波介质振荡器抗振结构的模态分析是为了确定振荡器在不同振动频率下的固有频率，从而找到可能引起共振的频率点。
模态分析可以通过有限元方法进行，首先需要建立振荡器的有限元模型，并进行网格划分和边界条件的设置。
然后使用相应的求解器进行模态分析，得到振荡器的固有频率。
通过比较固有频率与外部环境频率的差值，可以得出振动共振的可能点。
在设计微波介质振荡器抗振结构时，有以下几个原则需要考虑：1. 刚性支撑：振荡器的抗振结构应该具有足够的刚性，能够抵抗外部振动对振荡器的影响。
可以采用钢板、铝合金等刚性材料来设计抗振支撑结构。
2. 减振机构：为了进一步减少振荡器受到的外部振动，可以在抗振结构中添加减振机构。
常用的减振机构包括弹簧、减震胶垫等，能够减少外部振动对振荡器的传递。
3. 布局优化：在振荡器的布局设计中，应尽量避免共振现象发生。
可以将振荡器的重要组件分散布置，减少共振可能性。
4. 隔离设计：振荡器的抗振结构还可以采用隔离设计，将振荡器与外部振动源之间隔离开来，减少振动的传递。
常用的隔离方式包括弹性隔离、空气隔离等。
根据模态分析的结果和设计原则，可以进行抗振结构的具体设计。
设计包括材料选择、结构形式、结构参数等要素。
在设计过程中，需要综合考虑刚性、减振效果、布局等因素，以实现对外部环境振动的有效抑制。
微波介质振荡器的抗振结构模态分析及其设计是为了减少外部环境振动对振荡器工作的影响。
通过模态分析确定可能共振发生的频率点，并遵循刚性支撑、减振机构、布局优化和隔离设计等原则进行抗振结构的设计，最终实现对外部振动的有效抑制。
X波段介质振荡器的设计与仿真
X波段介质振荡器的设计与仿真于春蕾【摘要】主要介绍了介质振荡器的设计理论,以及使用Agilent公司的ADS仿真软件进行X波段介质振荡器的设计和仿真.在设计过程中使用NEC公司的MESFET 管NE71084作为振荡器的有源器件,利用介质谐振器实现了输出信号的稳频与反馈.给出仿真结果和输出信号相位噪声与功率的实际测试结果.测试结果表明,该方法可以有效地指导介质振荡器的设计过程,提高设计效率.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(000)013【总页数】4页(P27-30)【关键词】介质振荡器;相位噪声;ADS;X波段【作者】于春蕾【作者单位】中航雷达与电子设备研究院,江苏无锡,214063【正文语种】中文【中图分类】TN9110 引言振荡器是雷达、通信等现代电子设备的重要组成部分，通过在特定的载波频率点建立稳定的振荡可以为调制和混频等信号处理过程提供必要的条件，振荡器的指标尤其是相位噪声的优劣将直接影响到系统整体性能的高低[1-2]。
20世纪30年代，美国斯坦福大学的R.D.Richtmyer从理论上证明了介质谐振器的可行性，但限于工艺和技术水平直到60,70年代才开发出合适的材料用于介质谐振器的设计和生产。
由介质振荡器由于温度稳定性好，工作于高频率时可以提供优良的频谱特性和相位噪声特性，已在厘米波、毫米波的领域得到了广泛应用[3-6]。
本文主要借助于Agilent公司的ADS仿真软件(Advanced Design System,ADS)对一个工作于X波段的介质振荡器进行了原理设计、仿真评估和实际测试，着重介绍了如何利用仿真软件实现对所设计产品的性能评估。
1 介质振荡器原理介质振荡器在工作原理上与通常的振荡器没有本质区别。
振荡器都是使用有源电路提供能量，利用反馈等手段使得有源电路发生自激振荡，再通过外接的谐振电路实现选频、稳频功能，并将得到的最终信号通过输出网络送往后级电路。
介质振荡器在具体实现上利用了介质谐振器同时实现了信号反馈和输出信号选频、稳频的功能。
X波段反馈式介质振荡器
反馈式介质振荡器研究
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
1
介质谐振器介绍
Sθ （ fm ） =
fc FkT （1+ ） P s， f av m
（ 4）
介质谐振器由低损耗、高介电常数介质混合而 成，在微波集成电路中常常与微带线进行耦合 ，其 最常用的工作主模为 TE01δ 。 当介质谐振器靠近微 带线时，受到微带线产生的电磁场的激励 ，由于介 质谐振器封闭且介质谐振器的介电常数远大于空气 的介电常数，电磁波在介质谐振器内部来回反射， 因而能量在介质材料内部和周边密集 ，当电磁波的 波长为某一波模的整数倍半波长时就产生谐振 ，构 ［1 ］ 成谐振器件 。 介质谐振器与微带线的耦合可用 电磁感应原理加以分析，由于微带线产生的电场主 要分布在它的下方， 且与 TE01δ 模式的 电 场 正 交， 所以电场之间的耦合很小； 而 TE01δ 模式的磁场与 微带线中电流激励出的磁场有相同的分布空间 ，它 们相互作用产生互感，微带线中的信号得以耦合到 介质谐振器，形成谐振时便可实现选频滤波功能。 除与微带线耦合之外， 介质谐振器也常与截止波 导、变容管电路之间进行耦合，介质谐振器之间也 可直接耦合，进而构成其他微波电路，如介质谐振 ［2 ］ 器滤波器、多工器、鉴频器、振荡器等 。
Semiconductor Technology Vol. 36 No. 10
0
引言
微波频率源作为现代无线通信系统中的重要部 件之一，对系统的性能有极大的影响。微波介质振 荡频率源采用体积小、重量轻、Q 值高、 价格便宜 的介质谐振器 （ DR） 作为谐振单元，拥有小型化、 低相位噪声、高稳定性和低成本等优势，得到了广 泛的应用，因此对微波介质振荡器的研究也成为当
櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶
1
介质谐振器介绍
Sθ （ fm ） =
fc FkT （1+ ） P s， f av m
（ 4）
介质谐振器由低损耗、高介电常数介质混合而 成，在微波集成电路中常常与微带线进行耦合 ，其 最常用的工作主模为 TE01δ 。 当介质谐振器靠近微 带线时，受到微带线产生的电磁场的激励 ，由于介 质谐振器封闭且介质谐振器的介电常数远大于空气 的介电常数，电磁波在介质谐振器内部来回反射， 因而能量在介质材料内部和周边密集 ，当电磁波的 波长为某一波模的整数倍半波长时就产生谐振 ，构 ［1 ］ 成谐振器件 。 介质谐振器与微带线的耦合可用 电磁感应原理加以分析，由于微带线产生的电场主 要分布在它的下方， 且与 TE01δ 模式的 电 场 正 交， 所以电场之间的耦合很小； 而 TE01δ 模式的磁场与 微带线中电流激励出的磁场有相同的分布空间 ，它 们相互作用产生互感，微带线中的信号得以耦合到 介质谐振器，形成谐振时便可实现选频滤波功能。 除与微带线耦合之外， 介质谐振器也常与截止波 导、变容管电路之间进行耦合，介质谐振器之间也 可直接耦合，进而构成其他微波电路，如介质谐振 ［2 ］ 器滤波器、多工器、鉴频器、振荡器等 。
Semiconductor Technology Vol. 36 No. 10
0
引言
微波频率源作为现代无线通信系统中的重要部 件之一，对系统的性能有极大的影响。微波介质振 荡频率源采用体积小、重量轻、Q 值高、 价格便宜 的介质谐振器 （ DR） 作为谐振单元，拥有小型化、 低相位噪声、高稳定性和低成本等优势，得到了广 泛的应用，因此对微波介质振荡器的研究也成为当
X波段隔离结构DRO的设计
X波段隔离结构DRO的设计作者：刘川来源：《价值工程》2011年第14期The Design of X Band DRO with Separated ConstructionLiu Chuan（State Grid，Research Institute of Information Technology & Communication Sgepri，Nanjing 210000，China）摘要：采用ADS和HFSS软件设计了一种X波段隔离结构的介质振荡器（DRO），通过电路仿真得到该电路振荡在8.75GHz，输出功率为9.5dBm，相位噪声为-115.4dBc/Hz@10kHz,-138.3dBc/Hz@100kHz,-167.3dBc/Hz@1MHz。
隔离结构加强了仿真对实物调试的指导意义，降低了调试的难度，并为DRO腔体的小型化提供了一种新思路。
Abstract： The software ADS and HFSS are applied to design a kind of X Band Dielectric Resonator Oscillator (DRO). The simulation shows that the circuit oscillates on the frequency of8.75GHz, the output power of DRO is 9.5 dBm and the phase noise is -115.4dBc/Hz@10kHz,-138.3dBc/Hz@100kHz,-167.3dBc/Hz@1MHz. The isolated construction strengthens the real debugging guide from simulation, lowers the difficulty of debugging and provides a new idea of cavity miniaturization of DRO.关键字：隔离结构介质振荡器相位噪声谐波平衡Key words： isolated construction；Dielectric Resonator Oscillator(DRO)；phase noise；harmonic balance中图分类号：TP39 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）14-0202-020引言微波频率源是通信、雷达等各种微波系统中的重要部件，在卫星通讯、电力系统自动化等领域也有良好的应用前景。
X波段DRO频综源的设计
Ｋ昭ｗｏｒｄｓ：Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＤＲＯ），Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ ０＇ＬＬ）， ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ，ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
－ＩＩ．
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。
摘要
本文分析了振荡器的基本原理，介绍了振荡器的两种基本模型；给出了应用 广泛的环路增益公式的推导过程，并提出了新的环路增益公式：讨论了振荡器相 位噪声的线性化模型；介绍了锁相环的基本原理，分析了锁相环各部分电路相位 噪声的传递函数。
从介质谐振器（ＤＲ）微带耦合模型出发，分别对带阻式耦合和带通式耦合 进行了讨论，研究了ＤＲ微带耦合模型的互感，耦合系数和品质因数；应用ＣＳＴ、 ＡＤＳ和Ａｎｓｏｆｔ Ｄｅｓｉｇｎｅｒ仿真软件、集总参数等效电路、函数模型对ＤＲ微带耦 合模型进行了仿真和优化。
本文介绍了介质谐振振荡器（ＤＲＯ）的分类，并对其中的反射式ＤＲ０和并 联反馈式ＤＲＯ进行了优化设计。综合运用ＤＲ微带藕合的上述分析工具，有效 地提高优化设计的速度和准确性。研制了反射式ＤＲＯ和并联反馈式ＤＲＯ，通过 实测，测试结果与仿真分析吻合较好，其主要性能指标达到了设计要求。
同时，本文还分析了ＤＲＯ稳频锁相设计方案的相位噪声指标，利用软件对 锁相环的环路滤波器进行了设计，研制了ｘ波段的点频锁相源。
Ｔｈｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＤＲ）ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄ－ｐａｓｓｅｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄ－ｓｔｏｐｐｅｄ
－ＩＩ．
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。
摘要
本文分析了振荡器的基本原理，介绍了振荡器的两种基本模型；给出了应用 广泛的环路增益公式的推导过程，并提出了新的环路增益公式：讨论了振荡器相 位噪声的线性化模型；介绍了锁相环的基本原理，分析了锁相环各部分电路相位 噪声的传递函数。
从介质谐振器（ＤＲ）微带耦合模型出发，分别对带阻式耦合和带通式耦合 进行了讨论，研究了ＤＲ微带耦合模型的互感，耦合系数和品质因数；应用ＣＳＴ、 ＡＤＳ和Ａｎｓｏｆｔ Ｄｅｓｉｇｎｅｒ仿真软件、集总参数等效电路、函数模型对ＤＲ微带耦 合模型进行了仿真和优化。
本文介绍了介质谐振振荡器（ＤＲＯ）的分类，并对其中的反射式ＤＲ０和并 联反馈式ＤＲＯ进行了优化设计。综合运用ＤＲ微带藕合的上述分析工具，有效 地提高优化设计的速度和准确性。研制了反射式ＤＲＯ和并联反馈式ＤＲＯ，通过 实测，测试结果与仿真分析吻合较好，其主要性能指标达到了设计要求。
同时，本文还分析了ＤＲＯ稳频锁相设计方案的相位噪声指标，利用软件对 锁相环的环路滤波器进行了设计，研制了ｘ波段的点频锁相源。
Ｔｈｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＤＲ）ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄ－ｐａｓｓｅｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄ－ｓｔｏｐｐｅｄ
X波段取样锁相介质振荡器的设计
０引曹
本相 同 ，选用 带放 大功 能 的无源 三 阶滤波 器 三 阶无 源环 路滤 波器 是在 二 阶无源 滤波 器 的基 础上 加 了一节Ｒ 低通 滤波器 ，来 进一步 抑制杂 散 。 ｃ １４２ 确定 运算 放大 器 。环路 的运算 放 大器采 用 了ＡＩ ．． Ｄ 公司 的０ １４ Ｐ８ ， 这种 放大 器极 小 的抖动 电压 ，较 高 的带 宽增 益 ，快速 的转 换 时间 ，极低 的 噪声 ，单 电源供 电 以及 极其 稳定 的和耐 压强特 性成 为选用 它 的理 由。 Ｉ５ 电路设 计应 注意 的问题 及 改进措 施 。结合 上面 的所 述 ，电路 的每 ．
１ ｘ波段 取样镶 相介质 曩蔫暑 的设 计
１１ 取样 锁 相振 荡 器 的 电路 组 成 。模 块 选用 来 自恒温 晶振 （ｃｏ ． ｏ ｘ） ＩＯＨ 作参考 信号 ，经过 放大器 放大 以后进 入取 样鉴相 器 ，与来 自ＤＶ ０ Ｏ Ｍｚ Ｒ ｃ 的 １．Ｇ ｚ 号 进行鉴 相 。鉴 相输 出经 过环 路滤 波器 后 去控 制ＤＶ Ｏ ０ ６Ｈ信 ＲＣ ，实 现环
多 点接地 。在 高频 电路 的 设计 中 ，应该 采用 多 点接地 的方 法 。所 谓多 点接 地是 指 电子设 备 中各接 地 点都 直接 接到 距它 最近 的接 地面 上 ， 以使接地 的 引线 最 短 。这 样 使得接 地 线上 可能 出现 的高 频驻 波现 象显 著减 少 。实现 多
腔体 的设计 。所 有的 这些工 作借助 于计 算机ＣＤ Ａ 软件Ｐ ＯＥ９ 和Ｃ Ｘ２０ 能 ＲＴ Ｌ９ ＡＡ ０７ 够很 好 的进行 。但 是在 设 到
最优 化 并不意 味着 由此 所 得到 的系 统输 出信 号 的指标 就 能达 到要 求。 具体 而言 ，需要 从 以下几个 方面 着手 ： １ ）加 强总 电源 与各 个 模块 间及 其 各 自内部共 用 电源 的滤 波与 去耦 。 在一 个 电子系 统 中 ，通 常 多个元 器 件共 用一 个 电源 。而 电源线 给 交流信 号 提 供 了一 个 通路 ，使 得 交流 信 号 通过 电源 线在 器 件 之 间传 输 ，形成 了干 扰 。所 以必 须在 各 个 元 器件 之 间 的 电源 线 上加 入 滤 波 部 分 ，滤 掉交 流 干 扰 ，称为 去耦 。实际应 用 中通常采 用 Ⅱ型网络 的去 耦 电路 。采 用０２ 和 ．２ Ｆ ｐ
一种低相噪x波段振荡器设计
• 132•SiGe HBT 晶体管具有优异的高频噪声特性，根据负阻振荡理论并且采用单电源供电方式设计了一款X 波段振荡器。
利用微波有源器件的小信号S 参数模型进行仿真设计。
测试表明，振荡器的中心频率为8.38GHz,输出功率为6dBm ，偏离振荡频率100kHz 和1MHz 处的相位噪声分别为-112dBc/Hz 和-126.7dBc/Hz ，可以满足实际应用。
整体电路结构简单，易于加工制作。
射频振荡器是微波雷达系统中的重要器件，其性能的好坏直接影响到雷达的工作特性。
近年来随着微波技术的日益成熟，振荡器已经大范围的应用于电信系统和雷达系统。
随着现代电信系统和现代雷达系统的发展，需要在特定的载波频率点建立稳定的谐波振荡器以便为调制和混频创造必要的条件。
射频振荡器设计时使用到了器件的非线性特性，低频率的线性电路设计理论已无法应用，另外由于振荡器处于高频率工作环境，元器件的寄生效应也特别明显，这些因素都给电路的设计带来了一定的困难。
当然，正是有了这些设计上的困难才吸引着人们孜孜不倦地探索，现如今射频振荡器的研究还是一个比较活跃的领域。
1 振荡器原理在实际射频通信系统中使用的主要有以下两种振荡器：一种是反馈型振荡器，即在振荡回落中形成负反馈结构来使电路产生振荡，进而形成振荡电路；另一种是依靠谐振电路中的负阻器件来形成的负阻振荡器，负阻振荡器的主要结构就是电路中的负阻器件，在电路通电时，利用负电阻效应与回路的损耗进行抵消来产生持续振荡。
一般使用反馈结构来形成的振荡器多用于较低频率电路中，而对于较高频率（即GHz 范围）的微波电路，要使产生稳定的反馈已比较困难，在这个时候负阻型振荡结构就普遍被用来进行分析和设计。
如图1所示，在串联的LC 网络加入负阻结构就形成了简单的振荡电路，其中负阻结构一般是在直流偏置电压下的有源器件组成。
图1 负阻特性实际应用中，小信号S 参数分析法一般是设计负阻振荡器常用的方法。
使用小信号S 参数分析法前，可以把振荡电路中的负阻有源器件简化成一个两边分别连接谐振网络和输出匹配网络的二端口网络结构，如图2所示。
介质振荡器的仿真设计
第２ 卷 第９ ８ 期
文章编号 ：０ ６ ９ ４ （ ０ １ ０ — ３ ３ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ）９ ０ ７ — ４
计
算
机
仿
真
２１ 月 ０ 年９ １
介 质 振 荡器 的仿 真设 计
吕 波 吕立波 朱 四红 ， ，
（ ．军械 工 程学 院 ， 北 石 家 庄 市 ０ ０ ０ ；． 国人 民 解 放 军 ７ １４部 队 ， 西 扶 绥 县 ５２ ０ ） １ 河 ５０ ３ ２ 中 ５２ 广 ３ １０
（ ． ｒｎｎｅＥ ｇ ｅｒ ｇＣ ｌｇ ， ｈ ｉ ｈ ａｇＨ ｂｉ ５ ０ ３ Ｃ ｉａ １ Ｏｄ ａｃ ｎｉ ｅ ｎ ｏｅｅ Ｓ ｉａ ｕ ｎ ｅｅ ０ ００ ， ｈ ； ｎ ｉ ｌ ｊｚ ｎ
２ ｎ ５２ ｆ Ｌ ．Ｕ ｉ７ １４ｏ Ｐ Ａ，Ｆ ｓｉ ｕ ｇｉ ３ １０，ｈｎ ） ｔ ｕｕ ａ ｘ ５２ ０ Ｃ ｉａ Ｇｎ
提高介质振荡器设计的准确性和可控性。 关键词 ： 介质振荡器 ； 介质谐振器 ； 线性模型 ； 非线性模型 ； 计算机辅助设计
中 图分 类 号 ：Ｎ ５ Ｔ ７２ 文献 标 识 码 ： Ｂ
Ｓｉ ｕ ａ ｉｎ ｓｇ ｆＤＲＯ ｍ ｌ ｔｏ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ
Ｌ Ｂｏ Ｖ ．Ｌ Ｌ ｌ ｏ Ｖ ｉ ＿ｂ ，ＺＨＵ ｉ ｏ ｇ Ｓ —ｈ ｎ
摘要 ： 研究优化设计介质振荡器 ， 针对介质振荡器设 计中存 在复杂的非 线性问题 ， 电路调试难度极大且成 功率不高 。为实现 介质振荡器的精确设计 ， 出采用仿真建模方法 ， 提 通过仿真对介质振荡 器的精确设计 进行优化 。首先对 晶体管非 线性模 型
的介质振荡器进行仿真 ， 在晶体管生产厂家只提供 ｓ 参数时 ， 了比较这 对晶体管小信 号线性模 型的介质振荡 器进行仿真 为 研究 ， 两种仿真结果吻合一致。 同时又与样机实测结果完全吻合 。因此 它们可 以相互补 充作为一种通 用的设计 方法 ， 以 可
文章编号 ：０ ６ ９ ４ （ ０ １ ０ — ３ ３ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ）９ ０ ７ — ４
计
算
机
仿
真
２１ 月 ０ 年９ １
介 质 振 荡器 的仿 真设 计
吕 波 吕立波 朱 四红 ， ，
（ ．军械 工 程学 院 ， 北 石 家 庄 市 ０ ０ ０ ；． 国人 民 解 放 军 ７ １４部 队 ， 西 扶 绥 县 ５２ ０ ） １ 河 ５０ ３ ２ 中 ５２ 广 ３ １０
（ ． ｒｎｎｅＥ ｇ ｅｒ ｇＣ ｌｇ ， ｈ ｉ ｈ ａｇＨ ｂｉ ５ ０ ３ Ｃ ｉａ １ Ｏｄ ａｃ ｎｉ ｅ ｎ ｏｅｅ Ｓ ｉａ ｕ ｎ ｅｅ ０ ００ ， ｈ ； ｎ ｉ ｌ ｊｚ ｎ
２ ｎ ５２ ｆ Ｌ ．Ｕ ｉ７ １４ｏ Ｐ Ａ，Ｆ ｓｉ ｕ ｇｉ ３ １０，ｈｎ ） ｔ ｕｕ ａ ｘ ５２ ０ Ｃ ｉａ Ｇｎ
提高介质振荡器设计的准确性和可控性。 关键词 ： 介质振荡器 ； 介质谐振器 ； 线性模型 ； 非线性模型 ； 计算机辅助设计
中 图分 类 号 ：Ｎ ５ Ｔ ７２ 文献 标 识 码 ： Ｂ
Ｓｉ ｕ ａ ｉｎ ｓｇ ｆＤＲＯ ｍ ｌ ｔｏ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ
Ｌ Ｂｏ Ｖ ．Ｌ Ｌ ｌ ｏ Ｖ ｉ ＿ｂ ，ＺＨＵ ｉ ｏ ｇ Ｓ —ｈ ｎ
摘要 ： 研究优化设计介质振荡器 ， 针对介质振荡器设 计中存 在复杂的非 线性问题 ， 电路调试难度极大且成 功率不高 。为实现 介质振荡器的精确设计 ， 出采用仿真建模方法 ， 提 通过仿真对介质振荡 器的精确设计 进行优化 。首先对 晶体管非 线性模 型
的介质振荡器进行仿真 ， 在晶体管生产厂家只提供 ｓ 参数时 ， 了比较这 对晶体管小信 号线性模 型的介质振荡 器进行仿真 为 研究 ， 两种仿真结果吻合一致。 同时又与样机实测结果完全吻合 。因此 它们可 以相互补 充作为一种通 用的设计 方法 ， 以 可
微波介质振荡器抗振结构的模态分析及其设计
微波介质振荡器抗振结构的模态分析及其设计【摘要】本文主要研究了微波介质振荡器抗振结构的模态分析及设计。
在介绍了研究背景、研究意义和研究目的；在详细介绍了微波介质振荡器的工作原理、抗振结构设计、模态分析方法、抗振结构的模态分析以及优化设计；最后在结论部分讨论了设计方案的可行性、工程应用前景以及进一步研究方向。
通过本文的研究，可以为微波介质振荡器的抗振设计提供理论基础和实践指导，进一步提升微波器件的性能和稳定性，具有一定的应用前景和研究价值。
【关键词】微波介质振荡器、抗振结构、模态分析、设计、工作原理、优化设计、可行性、应用前景、研究方向1. 引言1.1 研究背景当前的微波介质振荡器抗振结构设计存在一些挑战，包括结构复杂性、振动模态的多样性等。
对抗振结构进行模态分析和优化设计成为了提高振荡器性能的有效途径。
通过分析振荡器的振动模态，可以找到振动频率较高的模态，进而设计合理的抗振结构来消除这些高频振动。
这对提高振荡器的抗振能力和频率稳定性具有重要意义。
在当前的研究背景下，对微波介质振荡器抗振结构的模态分析及设计进行深入探讨，有助于提高振荡器的性能指标，推动该领域的研究与发展。
1.2 研究意义通过合理设计抗振结构，可以有效减小振动对微波介质振荡器的影响，提高其稳定性和可靠性。
抗振结构设计的优化可以降低系统的能耗，延长设备的使用寿命，降低维护成本。
通过对抗振结构进行模态分析，可以更好地了解振荡器在不同工作状态下的振动特性，为优化设计提供依据。
研究微波介质振荡器抗振结构的模态分析及设计具有重要的实用意义和工程应用价值。
1.3 研究目的本研究的目的是通过对微波介质振荡器抗振结构进行模态分析和设计，探索如何提高微波介质振荡器的稳定性和工作效率。
具体包括以下几个方面的目标：1.研究微波介质振荡器的工作原理，深入理解其振荡模式和振荡频率的规律，为后续设计抗振结构打下基础。
2.设计符合微波介质振荡器工作要求的抗振结构，通过优化结构参数和材料选择，提高振荡器的抗振性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
GaAs 场效应管 ATF26884 进行设计 。ATF26884 工作
频率最高可以达到 16 GHz , 在 12 GHz 处 1 dB 压缩
点达到 1810 dBm , 增益为 910 dB , 并且具有较好的
单向性 。调整场效应管的偏置电压 、耦合和匹配微
带的线长 , 以满足起振条件 , 继续进行微调以得到
Key words : dielectric resonator ; resonate method ; oscillator ; phase noise EEACC : 2890
0 引言
随着微波半导体技术和微波集成电路的发展 , 微波设备和系统也趋向小型化 、轻量化和集成化 。 微波介质谐振振荡器 (DRO) 使用高 Q 值 (5 000～ 10 000) 的介质谐振器作为稳频元件 , 具有较好的 频率及功率稳定性 , 且噪声低 、体积小 、结构简 单[1] 。此外 , DRO 同现代微波集成电路间存在极 好的兼容性 , 已成为当今研究的热点之一 。在介质 谐振器的使用中 , 谐振器材料的测试是一个难点 。 本文利用介质谐振器法对三种规格的介质谐振器材
集成电路设计与开发
Design and Development of IC
X 波段介质振荡器的设计
刘伟 , 唐宗熙 , 张彪
(电子科技大学 电子工程学院 , 成都 610054)
摘要 : 研究了一种具有较宽机械调频范围和较低相位噪声的 X 波段介质振荡器设计方法 。 利用介质谐振器法对三种型号的介质谐振器 (DR) 材料进行了精确的测试 , 得到了其介电常数 εr 和损耗角正切值 tanδ以及 DR 的谐振频率 。利用仿真软件建立微带线与谐振器耦合模型 , 通过 仿真提取其 S2P 文件 。选用 GaAs FET ATF26884 作为电路中的放大器件 , 使用生成的 S2P 文件建 立介质振荡器 (DRO) 电路模型 , 调整耦合段和输出匹配微带线的长度 , 得到较低的相位噪声 。 测试证明输出信号的相位噪声在偏离中心频率 100 kHz 处小于 - 100 dBc/ Hz 。
测试使用频谱仪 RS FSP40 , 在振荡器电路中 分别放入 3 种型号的谐振器 , 调节介质谐振器上方 的调谐螺钉 , 对 DRO 进行机械调谐 , 测试得到机 械调频范围如表 2 。所需频率 1118 GHz 在机械调谐 范围之内 , 使用 1 号谐振器制作的 DRO 机械调频 范围最大 , 可以达到 800 MHz , 相位噪声最低 。
增益函数为
Af
=
Vout Vin
=
1
-
G(jω) G(jω) F (jω)
(3)
式中 : G(jω) 为放大器的电压增益 ; F (jω) 为电压反
馈的传递函数 。从式 (3) 可知振荡器起振的条件为
1 94 半导体技术第 34 卷第 2 期
2009 年 2 月
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
刘伟 等 : X 波段介质振荡器的设计
式中 , Qc 是由谐振器周围的导体损耗决定的 Q 值 ; Qr 是由辐射损耗决定的 Q 值 ; Qd 是由所有介 质损耗决定的 Q 值 。当不考虑谐振器周围的其他 介质损耗时 , Qd 等于谐振器材料损耗角正切 tanδ 的倒数 。为了提高谐振器的 Q 值[2] , 在使用时应 该选择合适的谐振器形状 , 将谐振器放在屏蔽的腔 体中 , 并且在电路中应选用低损耗 、小介电常数的 材料作为谐振器的支撑衬底 。
料进行了测试 , 得到了准确的介电常数εr 和损耗 角正切值 tanδ。在仿真软件中使用测试结果对谐振 器进行建模 , 对 DRO 电路进行仿真和优化 , 使用 这三种 DR 制作了具有较低相位噪声的介质振荡 器。
1 DR 的品质因数和介电常数
介质谐振器的品质因数 ( Q 值) 是其在电路
应用中的一个重要指标 , Q 值的高低直接影响到
图 1 两端面短路的介质谐振器示意图 Fig11 Schematic diagram of two2ends2shorted DR
利用介质谐振器法测试原理制作的介质谐振器 材料自动测试系统如图 2 所示 。此系统由信号源 、 矢量网络分析仪 、计算机 、测试装置和检波器构 成 。信号源为 HP 8341B 合成扫频源 , 矢量网络分 析仪 为 HP 8510 。计 算 机 通 过 USB/ GPIB Interface 82357A 适配器对信号源和标网进行控制 , 完成数 据采集 、处理等动作 , 完成自动测量 , 可提高测试 速度和精度 。所有数据处理是同时进行的 , 整个过 程是自动的 。测试结果见表 1 。表中 : d 为直径 ; h 为高度 ; f 1 为厂家给出的谐振频率 ; f rage为测试 得到的机械调频范围 。
h/ mm
εr
tanδ
2151
24189
0100129
2139
29180
0100086
2149
291943
0100102
f 1/ GHz 1118 1118 1118
f rage/ GHz 1112～1214 1017～1212 1015～1117
3 反馈式振荡器仿真优化
本文设计的介质振荡器采用并联反馈的电路形 式 。反馈式振荡器利用微带与谐振器之间的耦合产 生一个正反馈[5] 。由反馈放大器的知识可知 , 闭环
介质谐振器介电常数必须足够高才能将电磁能
量储存在谐振器的内部 , 产生谐振现象 。在微波频 段 , 介质谐振器相对介电常数εr 一般为 20～100 。 介质谐振器的介电常数直接影响到介质振荡器的振
荡频率 , 孤立的圆柱形介质谐振器的谐振频率为
fr
=
34 a εr
(
a H
+ 3145)
( GHz)
(2)
式中 : a 为谐振器的半径 ; H 为谐振器的高度 。当
DR 用于实际的电路时 , 由于周围微带线 、介质基
片 、腔体的影响 , 式 (2) 不再适用 。
2 DR 材料的测量
在 DRO 设计中 , 在仿真软件中建立 DR 模型 需要 DR 材料的介电常数和损耗角正切值 , 但生产 厂家往往不能给出其准确值 。本文利用自行研制的 测试系统对介质谐振器材料进行了精确的测量 , 得 到了精确的 εr 和 tanδ值 , 并且通过模拟 DR 的使 用环境得到应用于振荡器电路中时 DR 的谐振频率 和机械调频范围 。
( School of Electronic Engineering , University of Electronic Science and Technology of China , Chengdu 610054 , China)
Abstract : A method was studied for developing X2band dielectric resonator oscillator with wide mechanically tunable frequency range and low phase noise. The dielectric resonator method was used to accurately measure the permittivity , dielectric loss angle tangent and the resonate frequency of three series of dielectric resonator materials. Simulation software was used to construct the coupling model of microstrip and the DR and S2P profile was extracted. The DRO circuit was constructed using GaAs FET ATF26884 and S2P profile. Low phase noise was achieved by changing the length of the coupling microstrip and matching microstrip. Test results show that the phase noise ( PN) at 100 kHz off the carrier frequency is lower than - 100 dBc/ Hz.
相位噪声的大小 。介质谐振器的无载 Q0 为
1 Q0
=
1 Qd
+
1 Qc
+
1 Qr
(1)
February 2009
Semiconductor Technology Vol134 No12 1 93
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
图 2 微波介质谐振器自动测试系统 Fig12 Automatic measurement system of DR
编号 1 2 3
d/ mm 6145 5164 6104
表 1 介质谐振器测试结果
Tab11 Measurement results of dielectric resonators
关键词 : 介质谐振器 ; 谐振法 ; 振荡器 ; 相位噪声 中图分类号 : TN572 文献标识码 : A 文章编号 : 10032353X (2009) 0220193204
Design of X2Band Dielectric Resonator Oscillator
Liu Wei , Tang Zongxi , Zhang Biao