振蕩器作為雷達、信號發(fā)生器的核心部件,被廣泛應用于各種電子系統(tǒng)中。新型的高靈敏度探測雷達系統(tǒng)對振蕩器的相位噪聲要求苛刻,系統(tǒng)性能的保證必須依靠振蕩器的低相位噪聲。因此,全世界的相關研究學者一直致力于研制出超低相噪的振蕩器。本文將研制一款基于藍寶石介質(zhì)諧振器的振蕩器系統(tǒng)。本文從經(jīng)典的振蕩器振蕩條件、相位噪聲Leeson模型出發(fā),分析影響振蕩器相位噪聲的相關參數(shù),進而分析諧振器的高Q回音壁模式。介紹了回音壁模式的命名、場的分布情況以及通過仿真分析了影響回音壁模式的參數(shù)及分布趨勢。本文的核心在于設計一款工作于Ku波段的基于藍寶石介質(zhì)的高Q諧振器,藍寶石介質(zhì)回音壁模式的損耗極低,在常溫下,無載Q值能達到2×10~5,在77K條件下,無載Q值可以達到5×10~7。從理論分別對諧振器的場分布情況、回音壁模式的場分布圖、諧振頻率、Q值和相位噪聲的關系進行了詳細的分析。詳細地利用HFSS軟件進行仿真。在設計時,充分權衡系統(tǒng)的大小、環(huán)路增益、耦合方式、加工成本等因素,最終完成了對諧振頻率在12.62GHz的藍寶石諧振器的研制,有載Q值在諧振頻率處達到了72520。根據(jù)研制出來的高Q藍寶石諧振器,對系統(tǒng)輸出的相位噪聲進行仿真。此外,圍繞著諧振器的諧振頻率對振蕩環(huán)路其余部件進行方案選取,完成了低噪聲放大器、腔體濾波器、移相器以及耦合器的設計與研制。低噪聲放大器在對環(huán)路增益滿足環(huán)路起振的條件下,采用小型化、優(yōu)越性能的放大器MMIC芯片。根據(jù)諧振頻率設計一個性能優(yōu)越、有較好抑制能力的環(huán)路濾波器以及移相器。考慮到環(huán)路增益,耦合器的設計更多地考慮直通支路的插入損耗,因此設計并加工了一款耦合量為30dB的非對稱多節(jié)耦合器。最終將所有部件進行級聯(lián),構建組成藍寶石超低相噪常溫振蕩器系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)環(huán)路的增益以及環(huán)路相位噪聲以滿足巴克豪森起振條件,最后對系統(tǒng)進行性能測試,最終實現(xiàn)的指標為:輸出頻率12.62GHz,輸出功率-17.2dBm,相位噪聲為-129dBc/Hz@10kHz、-136dBc/Hz@100kHz、-146dBc/Hz@1MHz。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN752;TN957
【部分圖文】：

器的相位噪聲的理論分析，確定實施方案。通過分析藍寶石諧振器的工作模式，完成藍寶石及腔體結(jié)構上的確定及優(yōu)化，根據(jù)諧振器的輸出模式進行環(huán)路其他部件的理論分析及研制，最終確定的系統(tǒng)方案如下圖1-2所示。圖 1-2 系統(tǒng)方案框圖4

第二章 振蕩器基本理論圖 2-9 相位噪聲變化與放大器增益 G 的關系曲線從圖2-9可以看出，在放大器增益小于 7dB 時，相位噪聲惡化很嚴重，曲線變化較大。而當放大器增益大于 7dB 的時候，相噪惡化平緩，變化較慢。但是實際上的環(huán)路中放大器增益與相噪惡化曲線在增益偏大的部分不會像圖2-9中的曲線那樣，因為圖2-9并沒有考慮到放大器的非線性度和壓縮點，屬于理想放大器。實際上，振蕩器工作于大信號條件，若增益過高導致放大器非線性程度加深，此時的相位噪聲趨于惡化。綜合目前對相位噪聲的分析，明確影響相位噪聲的各個參數(shù)后，便可知道在振蕩器環(huán)路的設計上

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-80-70-60-50S(GHz)IE3DHFSSS41圖 4-11 IE3D 設計仿真和 HFSS 初驗證 S 參數(shù)對比圖圖4-11中可以明顯看出，IE3D 經(jīng)過初步設計和初步優(yōu)化后，設計指但將模型導入 HFSS 軟件進行驗證后，S31比預期指標 30dB 高了 3d差。這是因為為了能快速的得到近似模型，在 IE3D 中只采用了均勻分且基于均勻網(wǎng)絡的 EM 電磁仿真器受最大精度和效率的限制，因?qū)嶋H模型會有一定的偏差，但好處是仿真更靈活高效，能夠快速掌參數(shù)的意義。下一步需要基于此模型在 HFSS 中進行優(yōu)化設計，優(yōu)如圖所示4-12。

【參考文獻】

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本文編號：2819008