文摘本文介绍了介质谐振振荡器的相关理论，分析了改善振荡器噪声.PDF

Ｘ波段低相位噪声介质谐振振荡器(DRO)的设计 高永森, 唐宗熙 电子科技大学电子工程学院 四川成都（610054） E-mail ： gy 摘 要：介绍了介质谐振器（DR）的相关理论，分析了影响振荡器相位噪声的一些主要因素， 并提出了相应的改善振荡器相位噪声措施。最后通过设计一个 X波段的并联反馈型介质谐振 振荡器体现了这些方法的效果。 关键词：介质谐振器,振荡器,相位噪声 中图分类号: TN75 1. 引言 随着微波半导体技术和微波集成电路（MIC ）以及雷达、电子对抗、通信等技术的发展， 迫使微波设备与系统中的微波源向着小型化，轻量化，固态化和低成本化发展的同时对其提 出了更高的性能指标要求。介质谐振器（DR ）以其体积小、重量轻、Q 值高、结构简单、 价格便宜的突出优点在微波电路的应用中得到了广泛的重视。应用于微波振荡器后，不仅从 结构上大大改进，更重要的是在显著地降低相位噪声的同时，还有效地改善了振荡器的频率 温度稳定性。 2. 介质谐振器(DR) 介质谐振器的分析方法包括完全磁壁法、混合磁壁法、开波导法、变分法、变突端法以 及高介电常数的场展开法等等。这些方法的主要差别表现在如何给定其数学模型，即如何描 绘介质谐振器内外的电磁场分布上。高介电常数介质块可近似看成磁壁谐振器，介电常数越 大，电磁能量越能集中在介质块内部，减少泄露，外界对它的影响就越小。介质谐振器的品 1 1 1 1 质因数 Q 0 可表示为： = + + ．其中Q d 是有所有介质损耗决定的品质因数。 Q0 Qd Qr Qc [1] Q c 是介质谐振器周围的导体损耗决定的品质因数。Q r 是有辐射损耗所决定的品质因数 。 孤立介质谐振器的品质因数可高达 25000 以上。常见的介质谐振器的形状有矩形，圆柱形和 圆环形三种，圆柱形用的更为普遍，它的工作主模是TE 01δ 模。孤立圆柱形谐振器的谐振频 34 a 率可由下式近似给出：f r = ( +3.45) (GHz) ．其中a 为谐振器的半径，H 为谐振器的 a ε H r 高度。介质谐振器的耦合常用作传输元件。图 1 为介质与两微带线的耦合，图 2 为其等效电 路。它的有载品质因数 Q [ 2 ] l 与无载品质因数 Q 0 的关系为：Q 0 = Q l （1 + K1 + K 2 ） 。 其中 K 1 和 K 2 分别为介质与两微带线的耦合系数, G，C，L 分别为等效电导,等效电容和等 效电感. -1- 磁场 介质 微带线 基片 图 1 介质与微带线耦合的磁场分布 图2 介质与微带线耦合等效电路 3. 介质谐振振荡器（DRO）及其噪声 并联反馈型介质谐振振荡器可看作把介质谐振器作为选频反馈元件具有正反馈的放大 器。其原理可用图３说明，图 4 是并联反馈型介质谐振振荡器结构图。