非線性電路中相位噪聲模型及其應(yīng)用研究.pdf

1、振蕩器作為通信與雷達(dá)系統(tǒng)中的核心模塊，其相位噪聲制約著整個(gè)系統(tǒng)的性能。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)振蕩器相位噪聲的要求日益增高。因此對(duì)振蕩器相位噪聲模型與低相位噪聲振蕩器設(shè)計(jì)進(jìn)行研究具有重要的意義。本文重點(diǎn)研究了基于電路參數(shù)的振蕩器非線性相位噪聲解析模型以及低相位噪聲平面振蕩器，包括：推-推振蕩器、有源諧振器振蕩器與反饋式諧波振蕩器。本文的主要工作與創(chuàng)新成果如下：
　?。?）為解決傳統(tǒng) Kurokawa分析方法中未考慮諧波影響的問題

2、，提出了一種基于多諧波Kurokawa方法的相位噪聲解析模型，根據(jù)多諧波失真（Poly-Harmonics Distortion，PHD）建模方法中的諧波疊加原理得到了多諧波條件下的非線性器件參數(shù)。并對(duì)電路中的兩種噪聲源：加性噪聲與頻率變換噪聲進(jìn)行了詳細(xì)討論，得到了更加準(zhǔn)確的振蕩器幅度噪聲和相位噪聲表達(dá)式。將該模型應(yīng)用到Van der Pol振蕩器與基于非線性場(chǎng)效應(yīng)管的Colpitts振蕩器中，其相位噪聲計(jì)算結(jié)果與諧波平衡仿真結(jié)果相吻合

3、。與傳統(tǒng)單頻方法相比，多諧波方法能夠更加準(zhǔn)確的對(duì)相位噪聲進(jìn)行定量分析。
　　（2）為實(shí)現(xiàn)低相位噪聲，對(duì)平面推-推振蕩器進(jìn)行了研究。提出了一種基于多環(huán)式開口諧振環(huán)（Multiple Split Ring Resonator，MSRR）的差分傳輸線，通過采用加載一對(duì)耦合諧振環(huán)的方式實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)單元振蕩器之間的弱耦合，提高了共用諧振器的頻率選擇特性，基于該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了X波段推-推振蕩器，在設(shè)計(jì)中采用了一種基于振蕩器有源品質(zhì)因子的相位噪聲優(yōu)化

4、方法。為減小共用諧振器的尺寸，提出了一種基于源-負(fù)載耦合的螺旋諧振器陣列，該結(jié)構(gòu)具有高頻率選擇性的同時(shí)又能提供反相電流，將其作為相位耦合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了Ku波段平面推-推振蕩器。還提出了一種加載TM110模式下基片集成波導(dǎo)（Substrate Integrated waveguide，SIW）諧振腔的差分傳輸線，由圓形SIW諧振器中TM110模式的奇模特征維持兩個(gè)單元振蕩器的反相工作模式，并且該結(jié)構(gòu)的反射特征更適用于負(fù)阻振蕩器，在其基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)

5、了K波段推-推振蕩器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的一系列平面推-推振蕩器結(jié)構(gòu)均實(shí)現(xiàn)了良好的相位噪聲與基波抑制度。
　?。?）為了解決平面諧振器品質(zhì)因子受介質(zhì)與導(dǎo)體損耗所限的問題，對(duì)有源諧振器技術(shù)在SIW結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。首先提出了一種加載有源SIW諧振器的傳輸線，采用負(fù)阻耦合結(jié)構(gòu)補(bǔ)償SIW諧振器中能量損耗，使其有載品質(zhì)因子得到顯著提高，將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用到X波段負(fù)阻振蕩器中，與基于無源SIW諧振器的振蕩器相比，其相位噪聲有9 dB的

6、改善。隨后，為提高濾波器的群延遲，提出了一種有源SIW雙模濾波器，采用反饋環(huán)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償濾波器的能量損耗，并通過優(yōu)化電路參數(shù)減小有源器件附加噪聲的影響，基于該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了X波段反饋式振蕩器，測(cè)試結(jié)果表明：該平面振蕩器在10.94 GHz的相位噪聲為-118.9 dBc/Hz@100 kHz，與基于無源SIW雙模濾波器的振蕩器相比，相位噪聲降低了5.3 dB。
　?。?）為提高振蕩器輸出頻率，減小負(fù)載變化引起的頻率牽引，對(duì)反饋式諧波振蕩器