【摘 要】
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压控振荡器作为发射和接收机的重要组成部分,其信号的质量决定了引入系统的噪声量,对整个系统性能的影响很大。因此设计低相噪的VCO对提升收发系统的性能起着至关重要的作用。本文主要研究和设计了X波段低相噪VCO。基于压控振荡器相位噪声的模型公式,分析了影响其性能的关键因素。这些因素包括晶体管的参数及直流偏置,谐振器的无载Q值,谐振器与外部电路耦合的外界Q值等。为设计得到低相噪的VCO,本文首先设计了Q值
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压控振荡器作为发射和接收机的重要组成部分,其信号的质量决定了引入系统的噪声量,对整个系统性能的影响很大。因此设计低相噪的VCO对提升收发系统的性能起着至关重要的作用。本文主要研究和设计了X波段低相噪VCO。基于压控振荡器相位噪声的模型公式,分析了影响其性能的关键因素。这些因素包括晶体管的参数及直流偏置,谐振器的无载Q值,谐振器与外部电路耦合的外界Q值等。为设计得到低相噪的VCO,本文首先设计了Q值较高的悬置微带线谐振器,介绍了其基本原理与特性,阐述了谐振器Q值和耦合系数的概念。在8.7GHz中心频点处,分别设计了不同耦合度的半波长开路悬置线和环形悬置微带谐振器,通过仿真得到其S参数曲线。通过有载Q值计算公式验证了耦合度对Q值的影响;然后介绍了振荡器的主要结构及指标,分析了不同结构振荡器的主要优缺点。利用负阻原理设计了5.8GHz的单点频振荡器,分别完成了由集总元件和分布元件构成的振荡器设计及加工测试,测试结果与仿真结果基本一致,表明BFP640的Spice模型准确。由以上结果,分别研究和设计了串联和并联两种反馈结构的VCO,利用ADS和HFSS联合仿真及优化设计,得到振荡在8.7GHz处的低相位噪声振荡器,通过变容二极管对振荡电路进行调谐,完成具有一定调谐带宽的VCO设计。论文最后将设计得到的VCO进行加工及测试,实测得到的X波段串联反馈型VCO的振荡频点为8.812GHz,调谐带宽为262.1MHz,输出功率为7.57d Bm,二次谐波抑制度为14.57d Bc,相位噪声为-86.84d Bc/Hz@10KHz,-109.31d Bc/Hz@100KHz,-132.59d Bc/Hz@1MHz。实测得到的X波段并联反馈型VCO的中心频点为8.656GHz,调谐带宽为108MHz,输出功率为1.29d Bm,相位噪声为-92.83d Bc/Hz@10KHz,-114.03d Bc/Hz@100KHz,-142.00d Bc/Hz@1MHz。
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