振荡器27eee.com

弓第18e~4期红外与毫米波学报J.
InfraredMillim.
WavesVo1.
18.
No.
4August,1999Ka频段鳍线电调振荡器V龙毅李超薛良金(电子科技大葶面甬一研究所,四川,成都,610054)弋l摘要介绍了一种由鳍线、耿氏器件和粱式引线变客管构成的混合集成电调振荡器电路及其设计方法.
给出的VCO电路结构筒单,利用其等教电路模型,可方便地对振荡器在所需工作颇事上的电调带宽进行忧化设计.
经优化设计的电调振荡器性能的测试结果为:在34.
93GHz的颇事赴,具有1.
2GHz的电调带宽,带内功率输出为20.
659-0.
52dBm.
关键词毫米波,鳍缦,耿氏VCO'----一引言毫米波技术在通信、雷达、制导、电子对抗等领域已受到系统设计师的普遍关注.
7o年代以来,变容管调谐振荡器(VCO)因具有低噪声特性、调谐容易、结构简单、调谐速度快等特点,作为接收机的本振源或小功率发射源而广泛地应用于毫米波系统中.
在各种耿氏VCO的电路结构中,集成化的电调振荡器以其体积小、抗震性强、成本低、批量生产一致性好等特点,引起了人们极大兴趣"].
K.
Solbach介绍了一种鳍线耿氏振荡器电路,该电路利用一鳍线开槽短截线结构,实现耿氏器件与电路的匹配,振荡器的工作频率由该段短截线与其到耿氏器件安装面问的一段鳍线所构成的半渡谐振腔来确定,并在振荡器电路的基础上,将变容管安装在短截线上以实现振荡器的电调谐,因此,在VCO电路设计中存在两点不足.
首先,当变容管装配在短截线上时,由于变容管的零偏结电容和封装参量的影响,将导致振荡器的实际工作频率与设计值发生较大的偏差,需采用实验的方法在短截线上再加一小块介质材料片进行频率补偿,使得结构复杂并增大了调试工作量;其次,为获得好的电调特性,变容管在短截线上的安装位置也需用实验来确定.
针对上述同题,本文利用场分析和电路分析相结合的方法,给出电调振荡器的等效电路模型,并用该模型对VCO电路中各参量进行统一地分析与优化设计,以保证在所需的工作频率上获得最佳电调带宽的特性,并简化了结构和减小振荡器的调试工作量.
1电路结构、分析和优化鳍线电调振荡器的电路如图1所示.
从图1可见,在VCO的电路中,耿氏管安装在单面不对称鳍线槽中,其槽宽为Ⅳ.
在耿氏管左边f1处,有一宽度为、长度为z的开槽短截线,梁式引线变容管跨接在短截线上.
在短截线的上方,开有一极窄的缝隙,以实现耿氏管和变容管各自的直流偏置,并在电路基片的背面、短截线的终端位置处引入一矩形微带谐振器·国防硬研基金(编号97J134DZ02)资助项目稿件收到日期1998一o8—04,修改稿收到日期1999一o1—26维普资讯http://www.
cqvip.
comjo斤,户胡也.
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红外与毫米i皮学报].
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18嘈-;OYC路阳电JH虫tr季hm的吁吁引到器配捆#四川dE班Hm源mu1电,叫叮续时四植南岛四-ilAV9".
,"·理地图3VCO的等效电路Fig.
3Equi'iaJentcirCU1to{aVCOY之二GL+jXc.
当电路振荡时.
振荡器的振辐条件和相位条件分别为z(3)GL-GD乏二亿(4)Xc十BD~O.
(5)在式(4)中.
/J、于得号意味着振荡器约工作状态正在建立,等于符号表示振荡器的工作已达稳定状态.
上述振辐条件和相位条件反映了振荡器工作时.
振荡器负载与振荡嚣的电路参数〈包括鳝线谐振腔的结构参数、耿氏管与变容管的位能参数等〉的普遍关系.
由式{幻、{白、(5)可得决定振荡器振荡频率的方程为z6C"但L,(G}+w'Ci)Xclw)+也C+q二Q巳庐cl-W'-L,Cd)'+(缸,L,G.
)(6)为确定鳝线电费振荡器电路的结构参数,在已知耿沃管和变容营性能参数的情况下,对于短路活塞在可能取值范围内的任意一固定值.
通过令变容管在零i届时.
振荡器谐振在我们所需的工作频率问上.
JlP可在式(6J得到一个关于鳝线槽宽W、短截线长度l,,变容管在短截线上的安装位置f、欧民管安装位置与短截线间距1,相互关系的一个如下方程3aJ\)Cd问L,(C~+吗Cd')"'YC(WII)十明.
c乡+一一一一一一一二G{1-w~L嘻Cd)'十E吨L,Gd)'(7)jffJ思式(7).
并在短截线等放电路中备参量经验公式的使用范富差之内.
当任意给定一组W.
l,、l{fYC路阳电JH虫tr季hm的吁吁引到器配捆#四川dE班Hm源mu1电,叫叮续时四植南岛四-ilAV9".
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当电路振荡时.
振荡器的振辐条件和相位条件分别为z(3)GL-GD乏二亿(4)Xc十BD~O.
(5)在式(4)中.
/J、于得号意味着振荡器约工作状态正在建立,等于符号表示振荡器的工作已达稳定状态.
上述振辐条件和相位条件反映了振荡器工作时.
振荡器负载与振荡嚣的电路参数〈包括鳝线谐振腔的结构参数、耿氏管与变容管的位能参数等〉的普遍关系.
由式{幻、{白、(5)可得决定振荡器振荡频率的方程为z6C"但L,(G}+w'Ci)Xclw)+也C+q二Q飞庐cl-W'-L,Cd)'+(缸,Lβd)(6)为确定鳝线电费振荡器电路的结构参数,在已知耿沃管和变容营性能参数的情况下,对于短路活塞在可能取值范围内的任意一固定值.
通过令变容管在零i届时.
振荡器谐振在我们所需的工作频率问上.
JlP可在式(6J得到一个关于鳝线槽宽W、短截线长度l,,变容管在短截线上的安装位置f、欧民管安装位置与短截线间距1,相互关系的一个如下方程3aJ\)Cd问L,(C'~+吗Cd')"'YC(WII)十盹C乡+一一一一一一一二G{1-w~L嘻Cd)'十恼.
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并在短截线等放电路中备参量经验公式的使用范富差之内.
当任意给定一组W.
l,、l{f(2.
9阻mD'iJ,按主述的方法,对整个电路进行了优化与设计.
其中,电路结构的优化结果为W=0.
55m田,1,=1.
15白血3器件安装位置的优化结果为1=0.
95mm.
ll=1.
12mm.
在这种电路结构及器件安装位置尺寸下.
振荡器频率磁变容营偏压变化的理论计算曲线如图毒所示,图4雨时绘出了按上述优化结果制作1101:54LL歹1:E.
.
J50仨~510"到2s,.
IW理4VCO频率、功率与电庄的关系Flg.
4Thetunngperformanceoffrequencyandpowerofa飞lCO'Vs'"01阻F的电i属振荡器的测试结果曲线.
由004可见,变容管反德电压从白V变化到3在V时.
实测的振荡器獗亘在在34.
93GHz歪IJ36.
15GHz的范围内变化,电i眉苦宽为1.
2GHz.
在整个电词带宽内具有103阻W(20.
13dBmlJ'TJ131mW(21.
17dBm)的功率输出.
3结语通过利用场分析和电路分析相结合的方法.
本文绘出了具有开槽短截线结悔的第线电调振荡器的等效电路模型利用这一模型分析振荡器,在所需的工作频率上'可方便地对电路中各参量进行统一地优先与设计.
得到结构简单并具有最佳源谐范围的电源振荡器.
REFERENCES1日ode:r百]R.
sciHatorsandamplifiers10integratedE-planetecbnique.
IEEETrans.
11l.
ìcrowaut!
T如旷可旷Tech.
,1989,37(2):351ι3542RubmD.
Varaεtor-tunedm:Uim时时-waveMICosdllat时,1EEETr-ans.
A1Krott峰时Thf!
myTech.
.
1976.
U'1l),肺6~8673ChangK,ela1.
V-bandlow-noiseintegr旺ed口rCUltrecelV町lEEETrans.
Aficrat晤时Theo叩Tech.
1983.
31(21,146~154H4期徐军等Ka穰段蜡线电调振荡器325在电源振荡器诺振回路中,在各参量优化设计完戒的基碰上,为使负载能获得振荡器的最大输出,必须注振荡器的输出端口与负载匹段,由式(2λ臼〉、(4).
可得在所选定工作频率盹上造振时的振短平衡条件为2G,=Go=GdL~L1(1α;,'L,C,,)'+(αJOL,Gá)2'(8)和利j用式(8扣).
并结舍振荡器自的号稽出负载'通过设i汁t-段鳝线及鳝线-波导的渐变过渡[仄7芝:完成其!
温蓝杭变换功能以及与标准短形t披瑾导的过渡'2计算及实验结果实际的振荡器电路采IIIRTIDuroíd5880分质基片比=2.
22.
d=包254mm)制作,所用梁式寻|线变容管为MA46580.
屏薇汲导为主的,I~B]-320在Ka频段.
选取工作频率f,=35GHz.
短截线槽宽W'=l阻m.
扇子短截线终端射频短路的垣形激带谐振器尺寸为O.
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9阻mD'iJ,按主述的方法,对整个电路进行了优化与设计.
其中,电路结构的优化结果为W=O.
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15白血3器件安装位置的优化结果为1=0.
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在这种电路结构及器件安装位置尺寸下.
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2sJOIW理4VCO频率、功率与电庄的关系Flg.
4Thetunngperformanceoffrequencyandpowerofa飞lCO'Vs'"01阻F的电i属振荡器的测试结果曲线.
由004可见,变容管反德电压从白V变化到3在V时.
实测的振荡器獗亘在在34.
93GHz歪IJ36.
15GHz的范围内变化,电i眉苦宽为1.
2GHz.
在整个电词带宽内具有103阻W(20.
13dBmlJ'TJ131mW(21.
17dBm)的功率输出.
3结语通过利用场分析和电路分析相结合的方法.
本文绘出了具有开槽短截线结悔的第线电调振荡器的等效电路模型利用这一模型分析振荡器,在所需的工作频率上'可方便地对电路中各参量进行统一地优先与设计.
得到结构简单并具有最佳源谐范围的电源振荡器.
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(薛泉等,复杂渐变线的分析与综合,电子科技大学学报),1994.
23(1):27~31KaBANDFINLINEELECTRONICALLYTUNEDOSCILLATORXUJunLONGYiLIChaoXUELiang—Jin(InstituteofApplledPhysics,UESTofChina,Chen#u,Sichuaa610054,China)AbstractAKa—bandhybridintegratedelectronicallytunedoscillatorbyusingfinline'Gunndev|ceandbeamIcadvaractordiodewaspresented.
Anditsdesigningmethodwasa1s0introduted.
TheVCOequivalentcircuitmode1presentedcanbeconvenientlyopt1一mizedtogetwideelectronicallytunedbandwidthandsimplestructure.
Themeasuredper—formanoesofthe.
DtimizedVCOare1.
2GHz(electronicallytunedbandwidth)and20-65±0.
52dBm(outputpower)at34.
93GHz(frequency)-Keywordsmillimeter—wave,finline,GunndiodeVCO·TheprojectsupportedbythePreliminaryResearchFoundationinNationalDefenseReceivedl998一O8-04,revised1999—01—26维普资讯http://www.
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com豆豆呈红外与毫米被学报18卷4Navarro]A~eta1.
Anove1varactortunahlecop1anarwaveguide-slotli盟GunnVCO.
ln,IEEEMITlnUrnatùmalS.
)膺,户时lumDzgest.
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1991,1187-11905SolbachK.
35GHzvar.
actor-tunedfin1ineGunnosci1lat时JIn:12;品.
E旷~MicrGU且时Conf.
Digest~1982:6♀7~7016BUl"tofi泣.
HoeferWJR.
Animprovedπ曰delfo主short四dopen-ci:rcuttedserlesstubsnfinlines.
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atlOnalSymposiumDrges苔.
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Analy臼sandsy皿hesisoncompl四坦严redtransmissionllne.
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Cheng<:l口,SlcbuRC.
610054,Chlna)AbstradAKa-bandhybridìntegratedelectronicallytunedoscillatorbyusingfinline.
GunndevicεandbeamleadvaraC'tordiodewaspresented.
Anditsdesignìngmethodwasalsointroduced.
TheVCOequivalεntC'1玄CU1t目odelpresentedcanbeconvenientlyopti田zedtogetwideεlectronicallytunedbandwidth阻dsimplestructure.
Themeasuredper-forrr咀往回SoftheoptímizedVCOare1.
2GHz(electronicallytunedbandwidth)and2白.
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52dBm(outputpower)at34.
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Thepro扣ttsuppo口edbythePreli.
田皿ryResearchFOl主nd.
t回nìnNadonalDefensεRecei咽d1998-0&-04'白机黠d1999-01.
26豆豆呈红外与毫米被学报18卷4Navarro]A~eta1.
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TheVCOequivalεntci玄cuit目odelpresentedcanbeconvenientlyopti田zedtogetwideεlectronicallytunedbandwidth阻dsimplestructure.
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