發(fā)布時(shí)間：2020-09-15 13:14

　　 振蕩器作為雷達(dá)、信號(hào)發(fā)生器的核心部件,被廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中。新型的高靈敏度探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)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(guān)研究學(xué)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(lán)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(guān)參數(shù),進(jìn)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(chǎng)的分布情況以及通過(guò)仿真分析了影響回音壁模式的參數(shù)及分布趨勢(shì)。本文的核心在于設(shè)計(jì)一款工作于Ku波段的基于藍(lán)寶石介質(zhì)的高Q諧振器,藍(lán)寶石介質(zhì)回音壁模式的損耗極低,在常溫下,無(wú)載Q值能達(dá)到2×10~5,在77K條件下,無(wú)載Q值可以達(dá)到5×10~7。從理論分別對(duì)諧振器的場(chǎng)分布情況、回音壁模式的場(chǎng)分布圖、諧振頻率、Q值和相位噪聲的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的分析。詳細(xì)地利用HFSS軟件進(jìn)行仿真。在設(shè)計(jì)時(shí),充分權(quán)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(duì)諧振頻率在12.62GHz的藍(lán)寶石諧振器的研制,有載Q值在諧振頻率處達(dá)到了72520。根據(jù)研制出來(lái)的高Q藍(lán)寶石諧振器,對(duì)系統(tǒng)輸出的相位噪聲進(jìn)行仿真。此外,圍繞著諧振器的諧振頻率對(duì)振蕩環(huán)路其余部件進(jìn)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(shè)計(jì)與研制。低噪聲放大器在對(duì)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(shè)計(jì)一個(gè)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(shè)計(jì)更多地考慮直通支路的插入損耗,因此設(shè)計(jì)并加工了一款耦合量為30dB的非對(duì)稱多節(jié)耦合器。最終將所有部件進(jìn)行級(jí)聯(lián),構(gòu)建組成藍(lán)寶石超低相噪常溫振蕩器系統(tǒng)。通過(guò)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試,最終實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)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(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(shí)施方案。通過(guò)分析藍(lán)寶石諧振器的工作模式，完成藍(lán)寶石及腔體結(jié)構(gòu)上的確定及優(yōu)化，根據(jù)諧振器的輸出模式進(jìn)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(guān)系曲線從圖2-9可以看出，在放大器增益小于 7dB 時(shí)，相位噪聲惡化很?chē)?yán)重，曲線變化較大。而當(dāng)放大器增益大于 7dB 的時(shí)候，相噪惡化平緩，變化較慢。但是實(shí)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(huì)像圖2-9中的曲線那樣，因?yàn)閳D2-9并沒(méi)有考慮到放大器的非線性度和壓縮點(diǎn)，屬于理想放大器。實(shí)際上，振蕩器工作于大信號(hào)條件，若增益過(guò)高導(dǎo)致放大器非線性程度加深，此時(shí)的相位噪聲趨于惡化。綜合目前對(duì)相位噪聲的分析，明確影響相位噪聲的各個(gè)參數(shù)后，便可知道在振蕩器環(huán)路的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)仿真和 HFSS 初驗(yàn)證 S 參數(shù)對(duì)比圖圖4-11中可以明顯看出，IE3D 經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)和初步優(yōu)化后，設(shè)計(jì)指但將模型導(dǎo)入 HFSS 軟件進(jìn)行驗(yàn)證后，S31比預(yù)期指標(biāo) 30dB 高了 3d差。這是因?yàn)闉榱四芸焖俚牡玫浇颇Ｐ停?IE3D 中只采用了均勻分且基于均勻網(wǎng)絡(luò)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(huì)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)如圖所示4-12。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2819008