CN102386847A

CN102386847A - 高稳定低噪声介质振荡器

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Publication number: CN102386847A
Application number: CN2011102799157A
Authority: CN
Inventors: 朱田中
Original assignee: ZHANGJIAGANG BONDED AREA CANQIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHANGJIAGANG BONDED AREA CANQIN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2012-03-21

Abstract

一种高稳定低噪声介质振荡器，包括：介质谐振器和与此介质谐振器下表面接触的作为支架体的第一实心圆柱，此介质谐振器为第二实心圆柱；所述第二实心圆柱由碳酸钙、氧化铝、氧化钕、二氧化钛组成；宽度均为1.2mm的第一微带线和第二微带线，第一微带线和第二微带线之间夹角为锐角；所述介质谐振器位于第一微带线和第二微带线之间夹角内；三极管的漏极连接到所述第二微带线，三极管的栅极连接到所述第一微带线一端；由第一电感和第一电容组成的第一支路；由第二电感和第二电容组成的第二支路；由电阻和第三电容组成的第三支路，此第三支路的电容端作为输出端，电阻端连接到所述第二微带线。本发明介质振荡器高输出功率、高频率稳定度、低相位噪声的介质振荡器。

Description

高稳定低噪声介质振荡器

技术领域

本发明涉及一种应用于雷达、电子对抗、卫星通讯的介质振荡器，属于有源微波器件领域。

背景技术

随着现代电信系统和现代雷达系统的出现及发展，我们需要在特定的载波频率点建立稳定的高质量的谐波振荡以便为调制和混频创造必要的条件。在雷达技术和微波通信技术中，对频率源的频率稳定度和捷变性能有很高的要求，微波频率源是微波系统中十分重要的部件，因此它的稳定度直接影响到整个系统的性能。微波振荡器是微波频率源的核心部件，而介质振荡器以其工作电压低、效率高、、频率稳定度高、体积小、重量轻等优点得到了广泛的应用，在雷达、导航、电子对抗、微波通信、空间技术等军事领域上，在民用微波中继通信、卫星通信直播卫星电视等民用领域上，作为微波固态频率源核心部件的振荡器的研究和开发都占据着重要的位置。

当前，对于介质振荡器的研发又很多的器件和电路形式。器件方面，随着新材料、新工艺的发展，涌现了多种多样的微波固态器件，如：硅微波双极晶体管、砷化镓场效应晶体管（GaAsFET）、高电子迁移率晶体管（HEMT）、雪崩二极管、体效应二极管等等。谐振电路方面，除了传统的波导腔、同轴腔、微带谐振器外，发展了YIG谐振器、介质谐振器乃至极高Ｑ值的超导材料微波谐振器。其中，介质谐振器凭借其独特的优势（体积小、Ｑ值高、结构简单、成本低）越来越受到研究者的重视。当前，国内的通信卫星有效载荷中，对高频率（KU波段以上）、低相位噪声的锁相频率有着极为迫切的需要。对于广泛采用的数字通信方式、频率源的相位噪声指标对通信质量的影响尤为关键。介质振荡器（Dielectric Rsonator Oscillator）特有的低相噪指标，一直被广泛研究，并且研究越来越深入。

发明内容

本发明目的是提供一种高稳定低噪声介质振荡器，此介质振荡器高输出功率、高频率稳定度、低相位噪声的介质振荡器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高稳定低噪声介质振荡器，包括：

介质谐振器和与此介质谐振器下表面接触的作为支架体的第一实心圆柱，此介质谐振器为第二实心圆柱，此第二实心圆柱的介电常数为36，尺寸为φ5.9*2.4mm，所述第一实心圆柱的介电常数为9.5，尺寸为φ3.0*1.5；

所述第二实心圆柱由碳酸钙、氧化铝、氧化钕、二氧化钛组成，其各组分质量百分含量具体为：

碳酸钙 25～45%；

氧化铝 5～15%；

氧化钕 20～50%；

二氧化钛 18～45%；

宽度均为1.2mm的第一微带线和第二微带线，此第一微带线长度为12.5mm，第二微带线长度为11mm，第一微带线和第二微带线之间夹角为锐角；所述介质谐振器位于第一微带线和第二微带线之间夹角内，所述第一微带线与介质谐振器之间的距离为0.3～0.5mm，所述第二微带线与介质谐振器之间的距离为0.4～0.8mm；

三极管，此三极管的漏极连接到所述第二微带线，三极管的栅极连接到所述第一微带线一端，此第一微带线另一端连接有接地电容，三极管的源极接地；

由第一电感和第一电容组成的第一支路，此第一支路的电容端接地，电感端连接到所述第一微带线；

由第二电感和第二电容组成的第二支路，此第二支路的电容端接地，电感端连接到所述第二微带线；

由电阻和第三电容组成的第三支路，此第三支路的电容端作为输出端，电阻端连接到所述第二微带线。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述三级管型号为ATF-13736。

2、上述方案中，所述第一微带线与介质谐振器之间的距离为0.4mm。

3、上述方案中，所述第二微带线与介质谐振器之间的距离为0.6mm。

4、上述方案中，第一电容和第二电容的电容值均为10uf。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明高稳定低噪声介质振荡器本发明中心频率为9.5G,频率稳定度10^-5、相噪指标为-112 dBC /HZ100KHZ，输出功率≥10dBm、谐波抑制≤-55dBC　、杂波抑制≤-78dBC；其次，本发明高稳定低噪声介质振荡器通过优化材料和参数，可以生产出频率稳定度在10-5，相噪指标为-112100KHZ的高稳定度低相噪介质振荡器，产品结构简单，体积小，成本低。

附图说明

附图1为介质谐振器和支架体组合结构示意图；

附图2为本发明二端口模型图；

附图3为本发明介质振荡器电路结构示意图。

以上附图中：1、介质谐振器；2、第一实心圆柱；3、第一微带线；4、第二微带线；5、三极管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种高稳定低噪声介质振荡器，包括：

如附图1所示，介质谐振器1和与此介质谐振器1下表面接触的作为支架体的第一实心圆柱2，此介质谐振器1为第二实心圆柱，此第二实心圆柱的介电常数为36，尺寸为φ5.9*2.4mm，所述第一实心圆柱2的介电常数为9.5，尺寸为φ3.0*1.5；

所述第二实心圆柱2由碳酸钙、氧化铝、氧化钕、二氧化钛组成，其各组分质量百分含量具体为：

碳酸钙 25～45%；

氧化铝 5～15%；

氧化钕 20～50%；

二氧化钛 18～45%；

宽度均为1.2mm的第一微带线3和第二微带线4，此第一微带线3长度为12.5mm，第二微带线4长度为11mm，第一微带线3和第二微带线4之间夹角为锐角；所述介质谐振器1位于第一微带线3和第二微带线4之间夹角内，所述第一微带线3与介质谐振器1之间的距离为0.3～0.5mm，所述第二微带线4与介质谐振器1之间的距离为0.4～0.8mm；

三极管5，此三级管5型号为ATF-13736；三极管5的漏极连接到所述第二微带线4，三极管5的栅极连接到所述第一微带线3一端，此第一微带线3另一端连接有接地电容C4，三极管5的源极接地；

由第一电感L1和第一电容C1组成的第一支路，此第一支路的电容端接地，电感端连接到所述第一微带线3；第一电容C1电容值均为10uf；

由第二电感L2和第二电容C2组成的第二支路，此第二支路的电容端接地，电感端连接到所述第二微带线4；第二电容C2的电容值均为10uf；

由电阻R和第三电容C3组成的第三支路，此第三支路的电容端作为输出端，电阻端连接到所述第二微带线4。

上述第一微带线3与介质谐振器1之间的距离优选为0.4mm。

上述第二微带线4与介质谐振器1之间的距离优选为0.6mm

本实施例上述内容具体解释如下。

一个高稳定度低相噪介质振荡器，包括介质谐振器、晶体管、负阻状态的有源电路以及合适的耦合电路在内的二端口振荡器。输入端输出端50欧姆阻抗匹配。设计时充分考虑到保证有源电路的负阻特性。当晶体管做振荡时，二端口负阻振荡器的稳定系数k必须满足条件：

k<1 （1）

Γ₁Γ_S=1 （2）

Γ₂Γ_L =1 （3）

式1是晶体管二端口网络可以作为振荡器的首要条件。如果不满足，可以增加正反馈使其满足。其次，二端口无源反射系数Γ_S、Γ_L必须满足输入、输出端口在工作频率下谐振，即满足式（2）、（3）所表示的负阻振荡条件。然后结合选定的晶体管设计匹配的反馈电路和馈电模式，调试出合适的耦合度。

图2是本发明的二端口负阻振荡器模型，其中晶体管用它的二端口S参数来表示，Z_S是输入端谐振网络阻抗，Z_L是负载阻抗。二端口无源反射系数Γ_S、Γ_L必须保证输入、输出端口在工作频率下写谐振。其实，当输入端起振时，终端也将起振。

单端信号输出，V_GS、V_DS 分别由穿心电容引入，盖板上装机械调节片。屏蔽盒壁厚4mm。

图3 是本发明电路结构图，采用介质谐振器取代ＬＣ作为谐振回路，充当反馈网络。L取

Figure 2011102799157100002DEST_PATH_IMAGE001

。晶体管采用ATF-13736，V_DS取4.2V V_GS取-1.5V。采用共源并联反馈型电路结构，采用4.7P穿心电容连接供电源。为了适当增强耦合度，将反馈电路设计为介质谐振器与两根角度为锐角的微带线耦合，其中一根终端接50欧姆的匹配电阻，另一端终端开路。

本发明谐振器介质谐振器的配方和制作条件。各成分质量百分比如下：

碳酸钙 25～45%

氧化铝 5～15%

氧化钕 20～50%

二氧化钛 18～45%

合成条件如下：

预烧温度： 1180℃～1230℃ 2h

烧成温度： 1400℃～1450℃ 2h

在确定了要设计的频率后，根据负阻起振条件，计算出和DR组成反馈谐振回路的微带线尺寸。谐振器与微带线之间的距离控制耦合度。图中对反馈电路的选频特性产生影响的因素包括介质谐振器自身的谐振频率，两根微带线与介质谐振器的间距S1、S2，以及两根微带线的长度和长度。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高稳定低噪声介质振荡器，其特征在于：包括：

介质谐振器（1）和与此介质谐振器（1）下表面接触的作为支架体的第一实心圆柱（2），此介质谐振器（1）为第二实心圆柱，此第二实心圆柱的介电常数为36，尺寸为φ5.9*2.4mm，所述第一实心圆柱（2）的介电常数为9.5，尺寸为φ3.0*1.5 mm；

所述第二实心圆柱（2）由碳酸钙、氧化铝、氧化钕、二氧化钛组成，其各组分质量百分含量具体为：

碳酸钙 25～45%；

氧化铝 5～15%；

氧化钕 20～50%；

二氧化钛 18～45%；

宽度均为1.2mm的第一微带线（3）和第二微带线（4），此第一微带线（3）长度为12.5mm，第二微带线（4）长度为11mm，第一微带线（3）和第二微带线（4）之间夹角为锐角；所述介质谐振器（1）位于第一微带线（3）和第二微带线（4）之间夹角内，所述第一微带线（3）与介质谐振器（1）之间的距离为0.3～0.5mm，所述第二微带线（4）与介质谐振器（1）之间的距离为0.4～0.8mm；

三极管（5），此三极管（5）的漏极连接到所述第二微带线（4），三极管（5）的栅极连接到所述第一微带线（3）一端，此第一微带线（3）另一端连接有接地电容（C4），三极管（5）的源极接地；

由第一电感（L1）和第一电容（C1）组成的第一支路，此第一支路的电容端接地，电感端连接到所述第一微带线（3）；

由第二电感（L2）和第二电容（C2）组成的第二支路，此第二支路的电容端接地，电感端连接到所述第二微带线（4）；

由电阻（R）和第三电容（C3）组成的第三支路，此第三支路的电容端作为输出端，电阻端连接到所述第二微带线（4）。

2.根据权利要求1所述的介质振荡器，其特征在于：所述三级管（5）型号为ATF-13736。

3.根据权利要求1所述的介质振荡器，其特征在于：所述第一微带线（3）与介质谐振器（1）之间的距离为0.4mm。

4.根据权利要求1所述的介质振荡器，其特征在于：所述第二微带线（4）与介质谐振器（1）之间的距离为0.6mm。

5.根据权利要求1所述的介质振荡器，其特征在于：第一电容（C1）和第二电容（C2）的电容值均为10uf。