CN111147074A - 一种基于相位可调开环谐振器结构的5g通信频率源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，属于微波电路设计领域。该频率源包括谐振器模块、两路相同的振荡器模块和功分器模块；两路振荡器模块之间串联连接谐振器模块，共用同一个谐振器模块，两路振荡器模块输出端通过功分器模块合成后成为总输出。谐振器模块是相位可调开环谐振器结构，通过调整谐振器模块的直流偏压，使加载到谐振器中电容的容值发生改变，调节电路的相位，使频率源电路工作频段随之改变；在谐振器模块中加入弯折结构，能有效减小电路尺寸；在谐振器模块中增加开槽结构，能够消除电路中的寄生。本发明能够有效的降低电路尺寸，且加工简单，不仅灵活可调，而且结构简单易于集成。
Description
技术领域
本发明属于微波电路设计领域，涉及一种基于相位可调开环谐振器结构用于5G通信的毫米波频率源。
背景技术
在传输时间或频率信号的系统中，高度稳定的频率源是系统正常运行的关键。频率稳定度可分为长期稳定度与短期稳定度，其中长期稳定度与环境温度、元器件老化等因素有关；短期稳定度则取决于系统的相位噪声系数。为了获得较高的稳定度，需要提高电路的抗干扰能力与系统相位噪声参数水平。
由于有源器件的最高工作频率有限，一般常见的场效应管工作频率只能达到20GHz左右，当需要的振荡频率超过这一范围时，传统结构的频率源无法满足要求，而推-推频率源则提供了一种可能的实现方案。在推-推频率源方案中，谐振器电路设计十分关键，对电路整体性能影响较大。
目前，该方向国内外的研究中，通常使用介质谐振器作为选频滤波结构，但是其中的介质块需要根据应用需求购买或是定制，难以在设计电路时对整体电路进行调试，在加工电路时也不能一次成型；同时，介质块为立体结构，在一定程度上增加了电路的尺寸，限制了介质谐振器在高集成化电路中的应用。
因此，随着无线通讯系统对系统可调性和小型化的要求不断提高，亟需一种集成电路高、尺寸小且便于调试的通信频率源结构。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，利用相位可调开环谐振器结构组成谐振器模块，能够有效的降低谐振器电路尺寸，从而使得频率源在满足可调节的同时电路实现平面化。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，其特征在于，该频率源包括：谐振器模块1、两路相同的振荡器模块2和功分器模块3两路振荡器模块2之间串联连接谐振器模块1，两路振荡器2共用同一个谐振器模块1，两路振荡器模块2输出端通过功分器模块3合成后成为总输出；
所述谐振器模块1采用相位可调开环谐振器结构，通过调整谐振器模块1的直流偏压，调整加载到谐振器电路中电容值大小，实现谐振器电路相位可调；通过调整谐振器模块1的尺寸，实现谐振器电路中心频率可调，从而调整频率源的工作频段。
进一步，所述谐振器模块1括两个对称微带臂结构11与一个开环微带线结构12；所述微带臂结构11与所述开环微带线结构12之间设置有宽度为S1的间隙；两个微带臂结构11各自串联一个定值电容和变容二极管，电容和二极管从中间连接位置接地。
进一步，所述微带臂结构11为“L”字形，“L”字形的顶部10为电路加电位置。
进一步，所述开环微带线结构12为矩形环结构，矩形环上方开口，向内90°弯折，向内弯折部分微带线在靠近弯折处附近设置有矩形开槽121；矩形环下方中部，连接有耦合枝节122。
进一步，所述变容二极管的调节范围为1pF～17pF。
进一步，所述谐振器模块1振荡器模块2和功分器模块3均铺设于介质基板上，所述介质基板的相对介电常数εr为2.2，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.254毫米。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明使用相位可调开环谐振器结构，实现谐振器模块选频滤波的同时，能够有效降低电路尺寸；通过调节谐振器结构的直流偏压，能够调整谐振器模块的工作频段；谐振器模块电路结构简单易于加工，体积小易于与其它微波电路集成，具有很强的实用性及应用前景。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明的5G通信频率源的电路图；
图2为本发明的5G通信频率源的相位可调开环谐振器结构图；
图3为本发明的谐振器模块中开环微带线的结构图；
图4为本发明的谐振器模块中对称微带臂结构左侧部分的结构图。
附图标记：1-谐振器模块，2-振荡器模块，3-功分器模块，10-“L”字形的顶部，11-微带臂结构，12-开环微带线结构，121-矩形开槽，122-耦合枝节。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1～图4，图1为一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，包括：谐振器模块1、两路相同的振荡器模块2和功分器模块3；两路振荡器模块2之间串联连接谐振器模块1，两路振荡器2共用同一个谐振器模块1，两路振荡器模块2输出端通过功分器模块3合成后成为总输出。
本发明提供的5G通信频率源中谐振器模块1采用相位可调开环谐振器结构，通过调整谐振器模块的直流偏压，使加载到谐振器中电容的容值发生改变，调节电路的相位，从而改变谐振器模块的工作频段，实现频率源输出信号频率的灵活调整。相位可调开环谐振器由微带线结构组成，在加工时能够一次成型，同时使电路平面化，有效降低电路尺寸。具体的，在谐振器模块中加入弯折结构，能有效减小电路尺寸；在谐振器模块中增加开槽结构，能够消除电路中的寄生。
本实施例中，谐振器模块1、振荡器模块2和功分器模块3铺设于介质基板上，该介质基板相对介电常数εr为2.2，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度h为0.254毫米。
如图2所示，所述谐振器模块1包括两个对称微带臂结构11与一个开环微带线结构12，微带臂结构11与开环微带线结构12间隙为S1。微带臂结构11各自连接一个电容值为C的电容与一个可调范围为1pF～17pF的变容二极管；串联连接的定值电容与变容二极管从中间位置接地。
如图3所示，微带臂结构11为“L”字形，其长度为L1，宽边的宽度为W1，窄边的宽度为W2。“L”字形的顶部10为电路加电位置。
如图4所示，开环微带线为矩形环结构，矩形环上方开口，向内90°弯折。矩形环长为L2，宽为W3，微带线宽度为w。121为矩形开槽，开槽间隙为S2。122为耦合枝节，其长度为L3。调整开环微带线的长度、宽度和间隙，就可以得到所需要的谐振频率。
本发明优选一种实施例，当所述频率源工作中心频率是24～26GHz左右，直流供电电压0.5～28伏调整。通过仿真确定可调开环谐振器结构内部参数初值分别是，S1＝0.2mm，S2＝0.3mm，L1＝3.4mm，L2＝3.85mm，L3＝0.65mm，W1＝0.76mm，W2＝0.4mm，W3＝2.05mm，W＝0.25mm，C＝10pF。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，其特征在于，该频率源包括：谐振器模块(1)、两路相同的振荡器模块(2)和功分器模块(3)；两路振荡器模块(2)之间串联连接谐振器模块(1)，两路振荡器(2)共用同一个谐振器模块(1)，两路振荡器模块(2)输出端通过功分器模块(3)合成后成为总输出；
所述谐振器模块(1)采用相位可调开环谐振器结构，通过调整谐振器模块(1)的直流偏压，调整加载到谐振器电路中电容值大小，实现谐振器电路相位可调；通过调整谐振器模块(1)的尺寸，实现谐振器电路中心频率可调，从而调整频率源的工作频段。
2.根据权利要求1所述的一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，其特征在于，所述谐振器模块(1)括两个对称微带臂结构(11)与一个开环微带线结构(12)；所述微带臂结构(11)与所述开环微带线结构(12)之间设置有宽度为S1的间隙；两个微带臂结构(11)各自串联一个定值电容和变容二极管，电容和二极管从中间连接位置接地。
3.根据权利要求2所述的一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，其特征在于，所述微带臂结构(11)为“L”字形，“L”字形的顶部(10)为电路加电位置。
4.根据权利要求2所述的一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，其特征在于，所述开环微带线结构(12)为矩形环结构，矩形环上方开口，向内90°弯折，向内弯折部分微带线在靠近弯折处附近设置有矩形开槽(121)；矩形环下方中部，连接有耦合枝节(122)。
5.根据权利要求2所述的一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，其特征在于，所述变容二极管的调节范围为1pF～17pF。
6.根据权利要求1所述的一种基于相位可调开环谐振器结构的5G通信频率源，其特征在于，所述谐振器模块(1)振荡器模块(2)和功分器模块(3)均铺设于介质基板上，所述介质基板的相对介电常数εr为2.2，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.254毫米。
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