传输型耦合介质振荡器的计算机辅助设计传输型耦合介质振荡器的计算机辅助设计
1 引 言 随着微波半导体技术和微波集成电路的发展，微波设备和系统也趋向于小型化、轻量化、固态化和
集成化。微波系统中的微波源也对其谐振器的小型化、高Q值提出了迫切的要求。微波介质谐振器振荡器(DRO)
由于使用高Q值(5 000～10 000)的微波介质谐振器作为稳频元件，故具有频率稳定度高、体积小、重量轻、价
格低、结构简单等突出优点，已广泛应用于现代卫星通信和其他微波系统中，成为新一代的微波固态源。
根据DR对振荡电路的不同耦合方式和所起的作用，DRO通常可采用两种类型的电路来实现： (1)DR作为无
源稳频元件耦合于晶体管自激振荡器，如带阻滤波器加载型DRO。 (2)
1 引引 言言
随着微波半导体技术和微波集成电路的发展，微波设备和系统也趋向于小型化、轻量化、固态化和集成化。微波系统中的
微波源也对其谐振器的小型化、高Q值提出了迫切的要求。微波介质谐振器振荡器(DRO)由于使用高Q值(5 000～10 000)的微
波介质谐振器作为稳频元件，故具有频率稳定度高、体积小、重量轻、价格低、结构简单等突出优点，已广泛应用于现代卫星
通信和其他微波系统中，成为新一代的微波固态源。
根据DR对振荡电路的不同耦合方式和所起的作用，DRO通常可采用两种类型的电路来实现：
(1)DR作为无源稳频元件耦合于晶体管自激振荡器，如带阻滤波器加载型DRO。
(2)DR作为晶体管振荡器反馈网络或匹配网络的元件以确定振荡频率，如串、并联反馈型和传输型DRO。
其中带阻滤波器加载型频带窄，存在跳模、频率调谐回滞现象，而反馈型具有频带宽、输出功率大等优点，应用很广。因
此，本文所没计的DRO由选用串联反馈型，其谐振电路采用传输型耦合的DR。
2 DRO工作原理工作原理
DRO由两部分组成，一为有源网络部分，包括场效应管、源极串联反馈网络和漏极输出匹配网络(偏置电路图中未画出)。
源极串联反馈网络为一段开路传输线，他等效为一纯电抗，作为产生负阻的串联反馈元件。输出匹配网络使DRO获得最大的
输出功率。二为介质谐振器和耦合加载网络，本文采用传输型耦合DR，他通过一段微带传输线接到场效应管的栅极以满足
DRO稳定振荡的相位条件。要使振荡器工作于最佳状态，根据文献[3]，必须合理地选择串联反馈开路传输线长度、栅极传输
线长度、输出匹配网络以及DR与微带线之间的耦合系数，才能满足DRO振荡的幅相条件。由于有多个变量发生变化，并且使
用两根微带线与DR耦合，人工计算很难进行，因此通常采用微波软件进行计算机辅助设计。
3 传输型耦合传输型耦合DR的设计的设计
传输型耦合DR将DR同时置于两根50 Ω微带线之间，如图1中所示，L2和L3约为λg/4，以激励起使谐振器与微带线产生磁
耦合的TE01δ模。
圆柱形介质谐振器的谐振频率可根据式(1)估算：
式中，c为真空中的光速，d为圆柱形介质的直径，εr为圆柱形介质的相对介电常数。
为了得到主模为TE01δ的谐振，圆柱形介质谐振器的高度hd与直径d之间通常满足下列关系式：
hd/d=0.5 (2)
根据以上估算结果，在10 mil的duriod介质板上利用Ansoft软件进行优化分析。
最终确定DR的参数为：材料BaNiO3(εr=30)，直径d=5.12 mm，高度hd=2.74 mm，微带线长度L=4.5 mm。
4 DRO的优化设计与结果分析的优化设计与结果分析
我们选用NEC公司的HEMT管芯NE32400，其工作频率可达到18 GHz。设计中考虑了连接管芯金丝电感和过孔电感的影
响，并且设计了栅极和漏极的偏置电路。根据前面的分析结果，采用微波软件优化源极开路线长度、DR与微带线的耦合距
离、输出匹配网络以及DR与栅极间微带线的长度，以获得DRO的最佳性能。
所设计DRO的功率谱和相位噪声分别如图5和图6所示，可以看出，该DRO电路振荡的中心频率 f0=12 GHz，输出功率
P0=8.6 dBm，二次谐波功率为-35.7 dBm，具有很好的频率抑制度。在偏离载频100Hz处的相位噪声小于-80 dBc/Hz，100
kHz处的相位噪声小于-140 dBc/Hz，可见，该DRO电路是一个高Q值振荡器，具有噪声低的优点。
5 结语结语
DRO的研制具有一定的复杂性，采用理论分析与计算机辅助设计技术可以简化设计过程，获得良好的性能指标。
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