高性能微波毫米波振蕩器研究與應(yīng)用.pdf

1、振蕩器是通信與雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。隨著新興無線通信與毫米波雷達(dá)的快速發(fā)展，對振蕩器的性能提出了越來越高的要求——更低的相位噪聲、更高的輸出頻率和更大的輸出功率。因此對高性能振蕩器進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文重點(diǎn)研究了一些高性能振蕩器的設(shè)計和應(yīng)用，包括：推-推介質(zhì)振蕩器，基片集成波導(dǎo)Gunn壓控振蕩器，W波段連續(xù)波振蕩器和W波段脈沖振蕩器。本文的主要工作包括如下幾個方面：
　?。?）提出了一種新的鎖相推-推介質(zhì)振蕩器電路。該電路

2、采用基波鎖相的方式實(shí)現(xiàn)推-推介質(zhì)振蕩器的鎖定，并采用反相 Wilkinson功分器合成單元振蕩器的基波，實(shí)現(xiàn)雙頻段高穩(wěn)定輸出。為驗(yàn)證該構(gòu)想，在Ku波段設(shè)計實(shí)現(xiàn)了原型電路，并獲得了良好的相位噪聲性能和雜波抑制度。除基波鎖相外，本文還研究了基波注入鎖定在推-推介質(zhì)振蕩器中的應(yīng)用，分析了同相、反相兩種注入鎖定模式對鎖定帶寬和基波抑制度的影響，明確指出了反相注入鎖定模式具有較寬的鎖定帶寬和基波抑制度。
　?。?）基于電磁仿真工具和負(fù)阻振蕩

3、理論，詳細(xì)研究了 Ka波段基片集成波導(dǎo)Gunn壓控振蕩器的設(shè)計，并在低成本的介質(zhì)基片上實(shí)現(xiàn)了該振蕩器，測試結(jié)果顯示該振蕩器具有可供工程實(shí)用的調(diào)諧帶寬、輸出功率和相位噪聲性能。據(jù)筆者所知，這是第一只Ka波段基片集成波導(dǎo)Gunn壓控振蕩器。
　?。?）針對 W波段成像系統(tǒng)對低噪聲、高穩(wěn)定陣列本振源的迫切需求，本文采用注入鎖定Gunn振蕩器實(shí)現(xiàn)了W波段低噪聲四路輸出本振源。與傳統(tǒng)上采用IMPATT放大器的設(shè)計相比，該方案具有更低的調(diào)幅噪

4、聲。隨后，針對W波段注入鎖定Gunn振蕩器鎖定帶寬較窄的缺點(diǎn)，提出了W波段二次亞諧波注入鎖定鎖相環(huán)電路，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0.1 mW的U波段注入功率下采用該電路可將W波段Gunn振蕩器的鎖定帶寬由不足20 MHz拓展到1 GHz以上。
　　（4）首先分析了單級注入鎖定脈沖放大鏈輸出脈沖的相參性，給出了多級注入鎖定相參脈沖放大鏈應(yīng)遵循的時序方案。接著分析了注入鎖定放大鏈的功率合成效應(yīng)，并基于以上分析設(shè)計實(shí)現(xiàn)了W波段大功率相參脈沖發(fā)射

5、機(jī)。該機(jī)采用大功率IMPATT脈沖振蕩器作為功率輸出級，在94.2 GHz±0.16 GHz頻帶內(nèi)峰值輸出功率大于20 W，且在94.2 GHz時有最大峰值輸出功率22 W，鎖定帶寬600 MHz。同時，在注入鎖定和偏置脈沖補(bǔ)償電路的作用下，輸出脈沖的脈內(nèi)調(diào)頻噪聲得到極大的抑制，提高了輸出脈沖的相參性。
　?。?）為進(jìn)一步提高輸出功率，本文提出了一種新穎的 W波段脈沖功率合成器。該功率合成器以注入鎖定相參脈沖放大鏈為基本功率單元，