C波段介質振蕩器的研究與設計

摘要：利用負阻原理設計了5．9 GHz介質振蕩器(DRO)，采用HFSS軟件對介質諧振塊(DR)進行三維仿真，應用Agilent公司的ADS軟件對DRO進行了優化設計和非線性分析，用該方法制作的并聯反饋式DRO性能良好，輸出功率為10 dBm，相位噪聲達到-100 dBc／Hz@10kHz，-124dBc／ Hz@100kHz。
關鍵詞：負阻；介質振蕩器(DRO)；三維仿真；相位噪聲

隨著現代無線通信事業的發展，移動通信、雷達、制導武器和電子對抗等系統對本振源提出了越來越高的要求。介質振蕩器(DRO)由于其優異的噪聲性能、頻譜純度和穩定度成為了一種應用廣泛的微波毫米波頻率源。本文突破了以往對于DRO的設計，將DR部分通過理論計算，轉化為等效電路的設計方法，嘗試了首先利用三維場仿真軟件HFSS對DR(介質塊)及其與周邊微帶線的耦合空間進行仿真計算，得到相應參數后，再將DR模型代入ADS仿真軟件中進行設計與優化，并給出了5．9 GHz介質振蕩器設計實例，其性能良好。

1 DRO振蕩器設計原理與步驟
采用源極輸出并聯反饋式電路，其有載Q值高，相位噪聲低，結構簡單，便于精確設計，并且源極輸出雖然功率較小，但只需單電源，且負載與諧振電路間存在一定解耦，適合作接收機本振，如圖1所示。該電路采用源極輸出式，DR同時耦合于微帶線的兩側，并且通常采用高增益放大器，允許DR與微帶線間耦合極松，使DR具有一個較高的有載品質因數值，從而使振蕩器有較低的相位噪聲，這里DR相當于一個帶阻濾波器。

反饋型振蕩器其實質是負阻型振蕩器，設計時可利用負阻原理進行分析，將振蕩器變換為一個雙端口網絡，如圖2所示，如果終端端口滿足了振蕩電路的平衡條件，負載端口也就自然滿足了平衡條件；反之亦然，即：

因此兩端口負阻振蕩電路的設計步驟如下：
1)選擇在振蕩頻率下能夠處于非穩定狀態的晶體管。
2)設計終端網絡使得輸人端口的電壓反射系數|ΓIN|>1，可以適當采用引入反饋的方法提供輸入端口的電壓反射系數。
3)設計負阻網絡使其能與等效單端口負阻網絡ZIN滿足振蕩條件，選擇合適的負載網絡以獲得最大的功率輸出。
基于以上理論，使用ADS軟件設計和仿真負阻器件，以滿足起振條件，即|ΓIN|>1，并且設計諧振器電路以滿足穩定振蕩條件，即式(1)和式(2)。最后將負阻器件和諧振電路這兩部分電路合并，用諧波平衡法對整個電路的性能在ADS中進行仿真。