Q波段微带槽线振荡器设计.pdf

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1、学术探讨应用技术与研究2014年第3期Q波段微带槽线振荡器设计徐钢扬姜岩峰（北方工业大学信息工程学院，北京100144）[摘要]本文主要介绍了一种微波振荡器的设计，针对振荡器的传统的谐振结构存在的局限性，采用微带谐振器结构和异质结FET（NE3527S03）设计了39GHz的微波振荡器。运用HFSS电磁仿真软件对微带谐振器进行仿真设计，再结合有源电路用ADS软件进行联合仿真。最后对实物进行测试，得到39GHz的输出频谱。[关键词]微带槽线谐振器；振荡器；Q波段；AnsoftHFSS；ADS1．引言微波频率源是微波应用系统的心脏，对微波应用系统的

2、性能有着重要的影响。微波振荡器中的关键单元谐振电路有多种结构[1]，如发夹谐振器、介质谐振器（DR）、LC谐振器等等。但随着微波集成电路的发展和微波设备趋向高频段、小型化，这些谐振器有一定的局限性。LC谐振器由于寄生图2微带槽线谐振器的等效电路电容和引线电感的问题而不能应用于微波频段。介质谐振器（DR）具有高Q值也能用于频率较高的波段，但对于Q波式中△ω是插入损耗为3dB带宽。微带槽线谐振器提段则很难找到相应的介质且成本较高。发夹谐振器Q值较供了较高的插入损耗和窄带宽。图2是微带槽线谐振器的等效电路，它是由RLC网络构成[3]。在这个模型中，L

3、C电路是低且体积较大不利于集成化。本文所采用的微带槽线谐振器具有较高的Q值且体积小、适用于较高频微波频段。为了得到谐振特性，电阻R是决定辐射效应和插入损耗。根据传输线理论，RLC的值可以通过以下的公式得到：2．微带谐振结构与原理æö本文设计并仿真了一个高Q值且便于集成的微波振荡R=2Zç1÷

4、f=f(2)0ç÷0器，微带槽线谐振器结构主要采用HFSS电磁仿真软件进行è

5、S21

6、-1ø仿真设计[2]。谐振器采用的是介电常数为2.65，板厚为220.5(R+2Z)-4Z000.43mm和铜为35um的板材进行设计仿真。谐振器的原理C=(3)2.38

7、πZR∆f0和等效电路图1和图2所示，槽线相当于一个电感，而间隙则1等效于一个电容，并且它们的值取决于微带槽线的长度和间L=(4)2隙的宽度，介质板的有效介电常数随着等效电感和等效电容(4πf0)C的增加而增加，这相当于槽线提高了谐振器的Q值。式中S21是插入损耗，△f是插入损耗－3dB带宽，f0是谐振频，Z是具有50Ω特征阻抗的传输线。Q值的表达式如下所示：0ω微带槽线谐振结构用HFSS电磁仿真软件进行仿真，仿0Q=(1)L真结果如图3所示，由图可知谐振结构对频点39GHz有很大∆ω的抑制，信号基本全部反射，相当于一个带阻滤波器。图1微带槽线

8、谐振器图3微带谐振器仿真结果——————————————作者简介：徐钢扬，男，浙江人，硕士研究生，研究方向：射频微波电路与系统。-60-应用技术与研究学术探讨2014年第3期3．微波振荡器总体设计微波振荡器一般包括有源器件、选频网络和谐振器。本文采用的是串联反射式振荡器结构[4]，是目前应用较为广泛的一种形式，它的优点是相位噪声指标好，缺点是由于介质谐振器距场效应管的位置不固定，调试难度大。本文所设计的实物如图4所示，图中有源器件是异质结GaAs场效应管（NE3517S03），在场效应管的漏极加偏置后产生丰富的谐波，产生所需的微波信号通过微带槽

9、线谐振器反射后经场效应管放大输出，而其它频率的谐波则经过谐振器被50欧姆负载吸收。电源偏置部分通过扇形线和λ/4高阻线来阻断高图5振荡器输出频谱频信号，防止直流偏置和微波信号干扰，输出端用一个耦合4．结语结构进行隔直。本文用串联反射式振荡器结构进行微波振荡器的设计。通过HFSS电磁仿真软件对微带谐振器进行仿真优化，并结合ADS对整体电路进行优化分析，成功设计了一个Q波段的微波振荡器。振荡器体积小，易于集成且成本低。在实际的调试中，需要进一步调节匹配网络和直流偏置，使振荡器有较高的输出功率和较低的相位噪声。并加上电调谐或机械调谐对中心频率加以调整

10、，使其输出需要的频率。参考文献：[1]DavidM.Pozar.微波工程[M].北京：电子工业出版社，2010.图4振荡器实物图[2]费元春.微波固态频率源理论、设计、应用[M].北京：国防工业出版社，1994.实物测试结果如图5所示，测试结果得到中心频率为[3]BhanuShrestha,NamYoungKim.Lowphasenoisemicrowaveoscil-38.92984GHz，和仿真设计的39GHz存在一点偏差，初步考latorusingmeanderresonatorforX-bandapplication[J].Indian

11、Journalof虑是由于微带线加工的偏差及场效应管源极存在的参数电EngineeringandMaterialsSciences,2011.容引起的