CN103531878B - 推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器，包括基片集成波导谐振腔、第一负阻型子振荡器、第二负阻型子振荡器和基片集成波导宽带魔T；所述基片集成波导谐振腔的上/下表面通过第一微带线连接与第一/二负阻型子振荡器连接；所述第一/二负阻型子振荡器依次通过第二微带线连接和过渡连接与基片集成波导宽带魔T的上/下表面连接；所述基片集成波导宽带魔T的Δ端口作为推-挽输出端口，所述基片集成波导宽带魔T的∑端口作为推-推输出端口。本发明可同时提供推-推和推-挽两个输出端口，方便现代锁相环的应用；振荡器的谐振腔通过在介质基片上打一系列的金属通孔阵列来实现，具有与矩形金属波导相类似的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基片集成波导振荡器，尤其涉及一种具有推-推(Push-Push)和推-挽(Push-Pull)双重输出的基片集成波导振荡器。
背景技术
高性能振荡器是现代无线通信系统中的重要关键部件。推-推结构和推-挽结构的振荡器具有提高输出功率，抑制谐波分量，降低相位噪声，展宽有源器件使用频带等优点，在微波和毫米波频段得到了广泛应用。基片集成波导是在介质基片上实现的高Q值、低损耗，具有和普通矩形金属波导相类似的传输特性和场分布的新型传输线结构，近年来广泛应用于各种微波毫米波无源结构及有源电路，如高性能微波振荡器等。
传统推-推结构(或推-挽结构)的振荡器大多采用窄带功率合成器作为输出耦合网络，在合成有用频率2f0(或f0)信号的同时，难以抵消无用频率f0(或2f0)信号。而且传统推-推或推-挽结构的振荡器只有一个输出端口，用于输出f0或2f0信号。而现代锁相环技术需要同时具有f0和2f0输出端口的振荡器来简化电路设计难度。因此，需要提出新型的推-推和推-挽振荡器结构，可以在合成有用频率信号的同时，很好的抵消无用频率信号。而且，同时提供推-推和推-挽两个输出端口，分别输出f0和2f0信号，以适应现代锁相环技术的要求。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种具有推-推和推-挽两个端口分别输出f0和2f0信号的振荡器；该振荡器的信号输出功率高、相位噪声低，并且能够同时具备推-挽输出端口(输出f0信号)和推-推输出端口(输出2f0信号)。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器，包括基片集成波导谐振腔、第一负阻型子振荡器、第二负阻型子振荡器和基片集成波导宽带魔T；所述基片集成波导谐振腔的上表面通过上表面第一微带线连接与第一负阻型子振荡器连接，所述基片集成波导谐振腔的下表面通过下表面第一微带线连接与第二负阻型子振荡器连接；所述第一负阻型子振荡器依次通过上表面第二微带线连接和上表面过渡连接与基片集成波导宽带魔T的上表面连接，所述第二负阻型子振荡器依次通过下表面第二微带线连接和下表面第一过渡连接与基片集成波导宽带魔T的下表面连接，在上表面第二微带线连接和和下表面第二微带线连接的纵截面处产生基波反相信号f0以及二次谐波同相信号2f0；所述基片集成波导宽带魔T的Δ端口作为推-挽输出端口，输出反相信号f0，所述基片集成波导宽带魔T的∑端口作为推-推输出端口，输出同相信号2f0。
本发明利用基片集成波导结构设计了基片集成波导谐振腔、设计了基片集成波导子振荡器、基片集成波导宽带魔T等，在上述元器件的基础上设计了基片集成波导谐振腔与子振荡器之间的连接、以及子振荡器与基片集成波导宽带魔T之间的连接，最终实现了可以同时提供推-推和推-挽输出端口的基片集成波导振荡器。
所述基片集成波导谐振腔、第一负阻型子振荡器、第二负阻型子振荡器和基片集成波导宽带魔T均设置在多层介质基片上，所述基片集成波导谐振腔、第一负阻型子振荡器、第二负阻型子振荡器和基片集成波导宽带魔T中所有使用到的基片集成波导均通过在多层介质基片上打一系列金属通孔实现；有利于无源器件在微波毫米波电路设计中的集成；根据布版的需要，合理地将基片集成波导和微带线之间进行转化过度，形成基片集成波导元件与有源器件之间的结合方式。
所述基片集成波导宽带魔T为具有倍频程宽带特性的魔T。
有益效果：本发明提供的推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器，使用宽带基片集成波导魔T同时实现有用信号的叠加和无用信号的抵消，使得该振荡器同时提供推-推和推-挽两个输出端口，能够分别输出基波和二倍频信号，方便现代锁相环的应用；振荡器的谐振腔是通过在介质基片上打一系列的金属通孔阵列来实现，具有与矩形金属波导相类似的特性，与微带电路相比，Q值高，损耗低，辐射干扰小。
附图说明
图1是推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器原理示意图；
图2是推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器结构框图；
图3是基片集成波导子振荡器不同参考面处的电场分布示意图；
图4是振荡器推-挽输出端口处的频谱测试图；
图5是振荡器推-推输出端口处的频谱测试图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、图2所示为一种推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器，包括多层介质基片I，在多层介质基片I上设置有基片集成波导谐振腔1、第一负阻型子振荡器2a、第二负阻型子振荡器2b和基片集成波导宽带魔T3；所述基片集成波导谐振腔1的上表面通过上表面第一微带线连接4a与第一负阻型子振荡器2a连接，所述基片集成波导谐振腔1的下表面通过下表面第一微带线连接4b与第二负阻型子振荡器2b连接；所述第一负阻型子振荡器2a依次通过上表面第二微带线连接5a和上表面过渡连接6a与基片集成波导宽带魔T3的上表面连接，所述第二负阻型子振荡器2b依次通过下表面第二微带线连接5b和下表面第一过渡连接6b与基片集成波导宽带魔T3的下表面连接，在第二微带线连接5的纵截面处产生基波反相信号f0以及二次谐波同相信号2f0；所述基片集成波导宽带魔T3的Δ端口作为推-挽输出端口13，输出信号f0，所述基片集成波导宽带魔T3的∑端口作为推-推输出端口12，输出信号2f0；所述基片集成波导谐振腔1、第一负阻型子振荡器2a、第二负阻型子振荡器2b和基片集成波导宽带魔T3中所有使用到的基片集成波导均通过在多层介质基片I上打一系列金属通孔11实现。
基片集成波导宽带魔T3中间的中间层地平面9隔离在第一负阻型子振荡器2a和第二负阻型子振荡器2b之间、上表面第二微带线连接5a和下表面第二微带线连接5b之间、上表面第一过渡连接6a和下表面第一过渡连接6b之间、基片集成波导宽带魔T3的部分上下表面之间；基片集成波导宽带魔T3的上表面通过第一过渡连接6与推-挽输出端口13连接；中间层地平面9通过第二过渡连接10与基片集成同轴线的90度直角拐弯8的一端连接，基片集成同轴线的90度直角拐弯8通过该第三过渡连接7与推-推输出端口12连接。
第一负阻型子振荡器2a和第二负阻型子振荡器2b共同耦合于基片集成波导谐振腔1，利用谐振腔的基模产生差分相位，从而在参考面A-A’处产生基波反相信号f0，以及二次谐波频率同相信号2f0；宽带魔T将反相信号f0在Δ端口叠加输出，同时抵消2f0信号，形成推-挽输出端口；将同相信号2f0在∑端口叠加输出，同时抵消f0信号，形成推-推输出端口；推-挽输出端口输出Ku波段基波f0，推-推输出端口输出K波段二次谐波2f0。
魔T的结构如图2右侧部分所示，一般只要在一定频率范围满足下述三个条件，都可以成为魔T，：
1)当Δ端口输入，端口P1和P2有等幅反相波输出，∑端口隔离；
2)当∑端口输入，端口P1和P2有等幅同相波输出，Δ端口隔离；
3)当P1和P2同时输入信号的时候，Δ端口和∑端口分别输出两输入信号之差和之和。
基片集成波导魔T是基于基片集成波导技术而产生的魔T，本案中所使用的基片集成波导宽带魔T3为具有倍频程宽带特性的魔T。
在本案中，当信号由P1和P2端口等幅反相输入的时候，Δ端口输出(P1-P2)，也即P1端口和P2端口输入信号之差，∑端口无信号输出，为隔离端；当信号由P1和P2端口等幅同相输入的时候，∑端口输出(P1+P2)，也即P1端口和P2端口输入信号之和，Δ端口无信号输出，为隔离端。同时，由于本案涉及到振荡器的基频f0和二次倍频2f0，因而要求宽带魔T的工作频带能够覆盖基频f0和二次倍频2f0的频率(也即要求魔T的工作频带至少达到倍频程)。
在图1中的参考面A-A’、B-B’和C-C’处，基片集成波导魔T内的电场分布如图3所示；在参考面A-A’处，同时存在子振荡器产生的反相信号f0，和同相信号2f0，参考面为中间层的地平面；在参考面B-B’处，只有同相信号可以叠加在中间层的信号传输线上，因此同相信号2f0被叠加输出，反相信号f0被抵消，形成魔T的∑端口；在参考面C-C’处，只有反相信号可以叠加在顶层的信号传输线上，因此反相信号f0被叠加输出，同相信号2f0被抵消，形成魔T的Δ端口；由于基片集成波导魔T是基于基片集成波导及传输线的场分布结构，因此魔T具有宽带特性，工作频带可以覆盖f0到2f0的频率范围，可以实现f0和2f0信号的叠加和抵消；
图4是在推-挽输出端口测量得到的频谱图，图5是同相馈电的情况下在推-推输出端口测量得到的频谱图；其中f0为12.59GHz，2f0为25.18GHz。对比图4和图5可以看出，在推-挽端口，2f0信号被有效抑制，端口主要输出f0信号；在推-推端口，f0信号被有效抑制，端口主要输出2f0信号。当去除测量时线损引入的影响后，在推-挽端口的f0信号输出功率为+0.6dBm，在推-推端口的2f0信号输出功率为-6.6dBm。
本案利用一对具有差分相位输出的振荡器和倍频程宽带特性的魔T的组合，产生具有推-推和推-挽两种输出端口的振荡器，既继承了单独推-推及推-挽振荡器的有点，又同时提供了f0和2f0两种信号的输出，适用于现代锁相环的应用。本安装中的基片集成波导子振荡器和基片集成波导宽带魔T提供一种实现方案，但振荡器和魔T的具体结构和形式不限于此。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器，其特征在于：包括基片集成波导谐振腔(1)、第一负阻型子振荡器(2a)、第二负阻型子振荡器(2b)和基片集成波导宽带魔T(3)；所述基片集成波导谐振腔(1)的上表面通过上表面第一微带线连接(4a)与第一负阻型子振荡器(2a)连接，所述基片集成波导谐振腔(1)的下表面通过下表面第一微带线连接(4b)与第二负阻型子振荡器(2b)连接；所述第一负阻型子振荡器(2a)依次通过上表面第二微带线连接(5a)和上表面过渡连接(6a)与基片集成波导宽带魔T(3)的上表面连接，所述第二负阻型子振荡器(2b)依次通过下表面第二微带线连接(5b)和下表面第一过渡连接(6b)与基片集成波导宽带魔T(3)的下表面连接，在上表面第二微带线连接(5a)和下表面第二微带线连接(5b)的纵截面处产生基波反相信号f0以及二次谐波同相信号2f0；所述基片集成波导宽带魔T(3)的Δ端口作为推-挽输出端口(13)，输出反相信号f0，所述基片集成波导宽带魔T(3)的∑端口作为推-推输出端口(12)，输出同相信号2f0。
2.根据权利要求1所述的推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器，其特征在于：所述基片集成波导谐振腔(1)、第一负阻型子振荡器(2a)、第二负阻型子振荡器(2b)和基片集成波导宽带魔T(3)均设置在多层介质基片(I)上，所述基片集成波导谐振腔(1)、第一负阻型子振荡器(2a)、第二负阻型子振荡器(2b)和基片集成波导宽带魔T(3)中所有使用到的基片集成波导均通过在多层介质基片(I)上打一系列金属通孔(11)实现。
3.根据权利要求1所述的推-推和推-挽双重输出基片集成波导振荡器，其特征在于：所述基片集成波导宽带魔T(3)为具有倍频程宽带特性的魔T。
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