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1、C波段介质谐振器稳频振荡源刘松德【摘要】详细介绍了C波段介质谐振器稳频振荡源的工作原理、电路分析、设计和调试，并给出了测试结果及使用情况。【关键词】介质谐振器，振荡源，频率稳定度C Band Oscillator Stabilized theFrequency with the Dielectric ResonatorLiu Songde(Nanjing Research Institute of Electronics TechnologyNanjing 210013)【Abstract】 This paper describes the principles, circuit analys
2、is, design and test of c band oscillator stabiliged the frequency with the dielectric resonator. This paper also gives the measurement results and application.【Key words】dielectric resonator, oscillator,frequency stability1引言随着雷达、电子对抗、卫星通信事业日新月异地发展，越来越迫切地需要性能优良的微波振荡源。由于高Q介质谐振器、微波低噪声晶体相继问世，各种波段介质谐振器稳
3、频振荡源也脱颖而出。它们具有体积小、重量轻、结构简单、成本低、相位噪声较低和频率稳定度高等优点。本振荡源采用反馈型电路结构，具有频带宽、调试方便和不跳模等优点。2介质谐振器工作原理及设计电磁波是高介电常数介质向空气入射时在分界面上发生的反射和折射，当入射角大于或等于临界角时，电磁波发生全反射。介质的介电常数越高，临界角越小，全反射现象越完善，介质表面形成磁壁。磁壁所围成的介质块构成介质谐振器。由于介质品质因素很高，电磁能绝大部分集中在介质谐振器内，电磁振荡就能维持下去。因此，用介质谐振器作为振荡源的稳频腔提高了振荡源的频率稳定度，降低了振荡源的相位噪声。介质谐振器的外形有园柱形、环形和方形三种
4、。振荡模式有TE018、TM01和TE11。本振荡源选用园柱形介质谐振器，谐振模式为TE01。介质谐振器的分析方法有数值法和解析法。解析法分为磁壁法、介质波导法和混合波导法。利用这些方法得到的介质谐振器的计算公式在许多文献中已有论述。用EEsof公司的微波软件来设计介质谐振器非常方便。这里介绍一种工程上实用的计算介质谐振器的近似公式式中，f0为谐振频率，单位GHz；r为介质谐振器的相对介电常数；D为介质谐振器的直径，单位mm；H为介质谐振器的高度，单位mm。介质谐振器的直径与高度之比取值范围在23之间，一般选用2.5，在这个范围内选用可以抑制跳模。介质稳频腔的结构示意图如图1所示。实验表明，调
5、谐盘直径的大小对振荡源性能影响较大。调谐盘直径越大，稳定调谐范围就越小，振荡频率即下降；调谐盘直径越小，稳定调谐范围就越大，振荡频率即上升。但调谐盘直径太小，引起磁耦合变弱，振荡源不易起振，一般(直径)之比选为1.52比较合适。调谐盘调谐深度L在(0.61)D之间选用，这时介质稳频腔工作在高Q状态。图1介质谐振器稳频腔结构示意图3C波段介质谐振器稳频振荡源的工作原理、电路分析及设计考虑C波段介质谐振器稳频振荡源电路图如图2所示。振荡源实际上是由单管放大器和选频反馈网络组成的。当放大器的增益大于选频反馈网络反馈系数的模值并满足振荡的相位要求时，就能产生稳定的振荡。单管放大器要采用S12很小的振荡
6、管，否则易产生寄生振荡。由于介质谐振器DR具有高Q值，且适当地选择了频率温度系数以补偿振荡源的负温度特性，因此，所示振荡源具有高的频率稳定度。介质谐振器实际上是损耗很小的带通滤波器，它的谐振频率决定了振荡源的振荡频率。C波段介质谐振器稳频振荡源的等效电路如图3所示。图2C波段介质谐振器稳频振荡源电路图图3C波段介质谐振器稳频振荡源的等效电路网络B是介质谐振器反馈电路，用S表示；网络A由三端口FET和除反馈电路外的其余无源电路组成，用S表示。从II参考面向左视的反射系数s为 D是S的行列式，Dij是Sij的代数余子式，D是S的行列式。电路满足稳定振荡的条件是sL=1。由于L0，所以s趋向，即式(
7、2)分母等于零。这样导出了满足振荡条件的下列近似关系式：式(3)对温度求导，并设1、2和Q0对温度不敏感，在ff0时，可得振荡器频率温度系数为由式(5)可知，适当地选择介质谐振器频率温度系数可使振荡源频率温度系数降到最小，提高了振荡源的频率稳定度。耦合系数1和2分别为0是介质谐振器的无载品质因素。图2中剖面线部分为微带线。介质谐振器位于漏极微带线和栅极微带线夹角内，在满足输出功率要求下，尽量松耦合。松耦合有利于提高振荡源的频率稳定度，降低相位噪声。栅极微带线特性阻抗为50，微带线末端接50电阻ZG，以便抑制寄生振荡。漏极接终端开路的微带线，介质谐振器距微带线终端放置。源极接微带阻抗渐变线，以便
8、与50负载匹配。C为输出隔直电容。Rs为偏置电阻，选用温度特性好的金属膜电阻可提高电路的稳定性。4C波段介质谐振器稳频振荡源的调试、测试结果和使用情况调试时先不放入介质谐振器，振荡源通电后应没有功率输出，若有输出，说明振荡源存在寄生振荡，应设法消除。放入介质谐振器并调整其位置以获得最佳耦合，这时振荡源应工作正常，调节调谐盘，在400MHz范围内应没有跳模现象。然后用电吹风加热振荡源，温度控制在60左右，观察振荡源的频率变化，选择适当的介质谐振器频率温度系数并调整介质谐振器与微带线之间耦合度1和2，使振荡源的频率温度变化值满足技术指标。最后，用微波胶将介质谐振器胶牢。振荡源的测试指标如下：(1)
9、工作频率f0200MHz(2)输出功率60mW(3)频率稳定度310-5(-20+60)(4)杂波抑制度60dB(5)谐波抑制度40dBC波段介质谐振器稳频振荡源输出信号的频谱如图4所示，相位噪声图如图5所示。振荡源用于多套单脉冲精密测量跟踪雷达，经受了恶劣环境的考验，工作稳定可靠，性能良好。图4C波段介质谐振器稳频振荡源的频谱图图5C波段介质谐振器稳频振荡源相位噪声图作者简介：刘松德高级工程师。1963年毕业于沈阳通信兵工程学院。长期从事雷达微波频率源研制工作，在国内期刊上发表论文二十多篇。作者单位：南京电子技术研究所南京 210013参考文献1李英.电磁介质谐振器理论与应用.电子工业出版社
10、，1992年2费元春、陈世伟等.微波固态频率源.国防工业出版社，1994年3周月臣，微波电路.北京邮电学院出版社，1992年4Bianchini MJ.etal. A Single Resonator GaAs FET Oscillator. with Noise Degeneration. 1984 IEEE MTI-S, 2702735K K Agarwal. Dielectric Resonator Oscillators Using GaAs/(Ga,A1)As Heterojunction Bipolar Transistors. 1986 IEEE MTT-S, 9598 （注：素材和资料部分来自网络，供参考。请预览后才下载，期待你的好评与关注！）
