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振荡器作为雷达和无线系统的核心部件,为系统提供稳定的信号输出。在包括诸如频率、功率、谐波抑制、相位噪声等振荡器诸多参数中,相位噪声一直是其最为重要的指标。本文以获得低相位噪声为目标,从理论上理解振荡器相位噪声模型,并且基于相关理论提出了多种提高振荡器相位噪声的方法,利用相关技术对低相位噪声振荡器进行深入研究,主要研究可概括为如下几个方面:(1)本文从不同低相位噪声振荡器拓扑结构出发,系统地回顾了低相位噪声振荡器近二十年的发展历程,总结了设计低相位噪声振荡器的几种典型方法。(2)本文系统地介绍了构建振荡器的基本理论和分析方法,阐述了振荡器的三种相位噪声模型,并总结了几种提高相位噪声的方法。此外,为了更为客观地反映振荡器相位噪声性能,本文简要介绍了三种典型的相位噪声测量方法。(3)对于并联反馈式振荡器,基于Lesson线性时不变相位噪声模型,提出了利用高Q值谐振器,通过提高反馈回路群时延和优化通带内插入损耗的方法来设计低相位噪声振荡器。利用电磁混合耦合技术,在反馈回路选频滤波器通带外引入一靠近通带的传输零点,设计高群时延、高频率选择性窄带滤波器,并将其应用于设计低相位噪声振荡器和VCO。测试结果表明,基于枝节加载嵌套型开环谐振器的低相位噪声振荡器振荡在1.98GHz,偏离载波100kHz和1MHz的相位噪声达到-127.22dBc/Hz和-145.43dBc/Hz。此外,综合考虑群时延和环路插入损耗,采用相位噪声品质因数(Phase Nosie Figure-of-Merit,PNFOM)作为低相位噪声振荡器设计指标,所设计振荡器振荡在2.037GHz,偏离载波100kHz和1MHz的相位噪声达到-127.95dBc/Hz和-146.47dBc/Hz。(4)在单端反馈式低相位噪声振荡器前提下,提出了利用差分电路对基片噪声以及电源噪声等环境噪声的共模抑制设计超低相位噪声差分振荡器。从理论上分析了差分振荡器相对于单端振荡器的相位噪声优化作用。测试结果表明基于四分之一波长阶跃阻抗谐振器的低相位噪声差分振荡器在1.952GHz下偏离载波100kHz的相位噪声为-130.19dBc/Hz,实验证明了差分振荡器对对相位噪声的优化作用。(5)结合Lesson相位噪声模型和Hajimiri相位噪声模型,利用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)高Q值特性设计了一款负阻式低相位噪声振荡器和一款反馈式低相位噪声振荡器。从SIW工作的基本原理出发,提出高Q值梳状线谐振器,并且基于该谐振器设计X波段负阻式低相位噪声振荡器。测试结果表明振荡器在10.07GHz振荡频率上偏离载波1MHz处的相位噪声为-127.25dBc/Hz。此外,利用高谐波抑制滤波器对振荡器相位噪声的改善作用,提出了一款基于SIW四分之波长谐振器的高谐波抑制滤波器,并且基于该滤波器设计反馈式振荡器。测试结果表明振荡器振荡频率为8.08GHz,二次、三次谐波抑制分别为39.23dB和67.64dB,偏离载波1MHz处的相位噪声达到-130.36dB/Hz。(6)作为一种简易探测雷达的应用实例,本文基于Ka波段低相位噪声负阻振荡器设计了一款低成本、小型化、低功耗多普勒雷达探头。该多普勒探头由主电路和天线阵列在两块介质基片上分别实现,设计在一直径20mm,高6mm的圆柱腔体内。该多普勒探头能够较好地检测出一定距离内物体的运动速度,具有一定的探测灵敏度。探头体积小、功耗低,具有较好的工程应用前景。