C波段介质振荡器的研究与设计

摘要：利用负阻原理设计了5．9 GHz介质振荡器(DRO)，采用HFSS软件对介质谐振块(DR)进行三维仿真，应用Agilent公司的ADS软件对DRO进行了优化设计和非线性分析，用该方法制作的并联反馈式DRO性能良好，输出功率为10 dBm，相位噪声达到-100 dBc／Hz@10kHz，-124dBc／ Hz@100kHz。
关键词：负阻；介质振荡器(DRO)；三维仿真；相位噪声

随着现代无线通信事业的发展，移动通信、雷达、制导武器和电子对抗等系统对本振源提出了越来越高的要求。介质振荡器(DRO)由于其优异的噪声性能、频谱纯度和稳定度成为了一种应用广泛的微波毫米波频率源。本文突破了以往对于DRO的设计，将DR部分通过理论计算，转化为等效电路的设计方法，尝试了首先利用三维场仿真软件HFSS对DR(介质块)及其与周边微带线的耦合空间进行仿真计算，得到相应参数后，再将DR模型代入ADS仿真软件中进行设计与优化，并给出了5．9 GHz介质振荡器设计实例，其性能良好。

1 DRO振荡器设计原理与步骤
采用源极输出并联反馈式电路，其有载Q值高，相位噪声低，结构简单，便于精确设计，并且源极输出虽然功率较小，但只需单电源，且负载与谐振电路间存在一定解耦，适合作接收机本振，如图1所示。该电路采用源极输出式，DR同时耦合于微带线的两侧，并且通常采用高增益放大器，允许DR与微带线间耦合极松，使DR具有一个较高的有载品质因数值，从而使振荡器有较低的相位噪声，这里DR相当于一个带阻滤波器。

反馈型振荡器其实质是负阻型振荡器，设计时可利用负阻原理进行分析，将振荡器变换为一个双端口网络，如图2所示，如果终端端口满足了振荡电路的平衡条件，负载端口也就自然满足了平衡条件；反之亦然，即：

因此两端口负阻振荡电路的设计步骤如下：
1)选择在振荡频率下能够处于非稳定状态的晶体管。
2)设计终端网络使得输人端口的电压反射系数|ΓIN|>1，可以适当采用引入反馈的方法提供输入端口的电压反射系数。
3)设计负阻网络使其能与等效单端口负阻网络ZIN满足振荡条件，选择合适的负载网络以获得最大的功率输出。
基于以上理论，使用ADS软件设计和仿真负阻器件，以满足起振条件，即|ΓIN|>1，并且设计谐振器电路以满足稳定振荡条件，即式(1)和式(2)。最后将负阻器件和谐振电路这两部分电路合并，用谐波平衡法对整个电路的性能在ADS中进行仿真。