X波段隔离结构DRO的设计

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The Design of X Band DRO with Separated Construction

Liu 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 of 8.75GHz, 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）14-0202-02

0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。微波振荡器是微波频率源中的核心部件，而介质振荡器因其良好的频率稳定性逐步成为微波振荡器的首选[1]。其中，串联反馈型介质振荡器因其结构简单、DR位置易于调整被广泛的应用。一般的串联反馈型介质振荡器，谐振器与有源电路在一个腔体中，然而对于介质谐振器与微带线耦合的模型却不能将所有电路包括有源器件、焊锡点等对耦合的影响都考虑进去,降低了仿真对实物调试的指导作用，加大了调试的难度，也在一定程度上降低了电路的性能。同时，在设计腔体时需要考虑到整个电路的尺寸。因此，设计一个新的结构将介质谐振器与微带线耦合的部分与有源电路物理隔开，仅开一个小槽使微带线穿出与有源电路相连。

这种结构的优势如下：①可以隔离有源电路部分对谐振器与微带线耦合部分的影响，使得无源部分的仿真更加接近实际情况，同时DR的位置可以精确的确定，降低了调试的难度。②有源电路部分的布局可以更加自由，解决了由于DR体积过大或者距离微带线太近造成的布局困难。③由于有源部分与无源部分的隔离，使得DRO可以在腔体上做小型化设计。

1振荡器设计理论

振荡器由放大电路、反馈电路和谐振电路组成。放大电路用以获取一定的功率增益，谐振电路则是限制电路仅在某一窄带范围内取得功率增益，从而保证振荡器的输出仅含有所需要的频率成分[2]。

振荡器的设计可以等效为二端口网络，振荡条件如下：

k

?祝■?祝■=1（2）

?祝■?祝■=1（3）

其中k=■

D=S■S■-S■S■

?祝■=S■+■?祝■

?祝■=S■+■?祝■

式中k为稳定系数，k

2隔离结构DRO设计

隔离结构在腔体尺寸的确定和耦合微带线摆放位置的确定上相对更为自由，因为不需要考虑为有源电路部分留下空间也不需要考虑电路的布局会影响到介质谐振器的位置调节范围。这种结构中耦合微带线被分为两部分进行仿真，如图1所示。

无源部分利用电磁仿真软件HFSS进行仿真，如图2所示。选用的介质谐振器为圆柱形介质谐振器，它的主模为TE■，直径为6.8±0.2mm，高为2.35±0.2mm，无载Q值为3500，介电常数为36±1，温度系数为3±1.5ppm/℃。

耦合微带线延伸到无源部分腔体的最右端（即隔离板）。

有源电路则在谐振部分的二端口网络和有源器件之间补加一段微带线，如图3箭头部分所示。有源器件选用AT13786场效应管，拓扑为共漏极电路。

3仿真结果

将HFSS的S参数仿真结果导出并加载到ADS的二端口网络，利用ADS软件的谐波平衡仿真功能仿真得到振荡电路的指标分别如图4和图5。

电路稳定振荡在8.75GHz频率处，输出功率为9.5dBm，相位噪声为： -115.4dBc/Hz@10kHz,-138.3dBc/Hz@100kHz, -167.3dBc/Hz@1MHz。达到了满意的结果。

4结束语

本文采用ADS和HFSS软件设计了X波段隔离结构的介质振荡器，并仿真得到结果，在8.75GHz处输出功率为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。

参考文献：

[1]费元春.微波固态频率源.北京：国防工业出版社，1994.

[2]顾其诤.介质谐振微波电路.北京：人民邮电出版社，1985，5.

[3]LUDWING R, BRETCHKO P, RF circuit design:theory and applications, New Jersey: Prentice Hall, 2000.

[4]李英.电磁介质谐振器理论与应用.北京：电子工业出版社，1988.

[5]葛建民.介质腔稳频振荡器的一种计算机辅助设计方法.上海大学学报，2000,Vol.6,No.4:352-354.