【摘 要】
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新兴无线系统旨在结合更多功能并符合更多的电信标准,为此无线系统越来越需要更小尺寸、更低成本以及更高性能的电路,在这种复杂的系统架构中,振荡器是最关键以及当今商用无线系统中体积较大的模块之一,因此对于缩小此类模块的需求很大。薄膜体声波谐振器（Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR）具有高品质因数和低尺寸的特点,相较于传统的SAW等器件有了很大的性能提升,这就使其成为替代片
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新兴无线系统旨在结合更多功能并符合更多的电信标准,为此无线系统越来越需要更小尺寸、更低成本以及更高性能的电路,在这种复杂的系统架构中,振荡器是最关键以及当今商用无线系统中体积较大的模块之一,因此对于缩小此类模块的需求很大。薄膜体声波谐振器（Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR）具有高品质因数和低尺寸的特点,相较于传统的SAW等器件有了很大的性能提升,这就使其成为替代片上调谐大体积谐振电路和片外晶体谐振器的良好候选者,因而近些年成为了国内外研究的热点。本文首先对FBAR谐振器进行了建模研究。明确了FBAR谐振器的工作原理以及重要的性能参数,对FBAR的几种等效电路模型,包括Mason、BVD与MBVD模型进行了详细理论分析,在ADS软件中,对FBAR进行一维建模仿真分析并建立FBAR的Mason ADS等效电路仿真模拟库,最后提取出MBVD模型中的参数值,应用此模型于后续的振荡器仿真设计中。然后对FBAR振荡器的相位噪声进行了分析。引入Leeson相位噪声模型,以其为指导通过理论分析获得影响相位噪声的因素,并利用了无源网络理论推导出Pierce结构FBAR振荡电路中的有载品质因数表达式,结合这两方面的理论在ADS中设计了基于Pierce结构且振荡频率为5.8GHz的FBAR振荡器验证电路,通过仿真分析了谐振器Q值与电路有载品质因数对其相位噪声影响。最后基于负阻原理设计了FBAR振荡器,在ADS中对其进行仿真分析并进行实物的加工制作与测试。测量结果表明设计出的FBAR振荡器的振荡频率为5.83GHz,输出功率为9.493d Bm,二次谐波抑制度为-29d Bc,相位噪声水平为-99.57d Bc/Hz@1MHz,-76.23d Bc/Hz@100KHz,实物尺寸为26mm*31mm。振荡器实物最终工作在FBAR谐振器的串联与并联谐振频率之间符合设计要求,体积较小有较好的输出功率和二次谐波抑制度。
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