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本课题系统论述了X波段低相位噪声电压控制振荡器的设计,详细的介绍了振荡器的原理以及低相位噪声的实现方法。
目前的X波段(8-12GHz)振荡器基本上是围绕硅基三极管进行设计的,但是在半导体技术迅猛发展的今天,硅基三极管显然已经有些过时了。为了在手机市场上谋求最大的利益,半导体生产厂商已经停止了对高端硅三极管的生产,只保留了低频三极管的业务。这就迫使我们寻找一种新的有源器件来代替原有的硅基三极管。常见的砷化镓三极管可以应用于微波甚至毫米波频段,但是与硅基三极管相比,砷化镓三极管在相位噪声方面具有相当大的差距,所以,一般不被考虑用做硅基三极管的替代产品。在这种情况下,一种近几年问世的三极管,锗硅三极管被考虑应用于较高频段。这种三极管具有较低的相位噪声和闪烁噪声,并且可以应用于高至50GHz的频段,普通的硅基三极管只可应用于低于20GHz的频段。
除了选用此新颖的三端元件之外,本课题还对振荡器的以下方面进行了详细的研究,首先是振荡条件的理论推导,然后把它从一般经典理论中的复杂公式简化为易于在计算机仿真软件中实现的方法,第二是针对降低振荡器的相位噪声进行了理论分析和实践,另外就振荡器的调谐带宽增加会导致振荡器的相位噪声降低这一矛盾进行了研究,采用了目前较流行的宽带压控振荡器设计方法,辅之以大变容范围的变容二极管,达到低相噪振荡器相对较宽的调谐带宽。
最后对实际制作的压控振荡器进行了调试和测试,在实际的调试中进一步验证了设计的理论,使此振荡器的指标达到了较高的水平,在压控调频范围内,在载频7.8GHz处的相位噪声为-97.5dBc/Hz@100KHz,在偏离载频1MHz处的相位噪声为-120dBc/Hz@1MHz。在对电路结构做进一步的调整之后,相信能达到更好的指标。