相位噪声是指单位带宽内噪声密度与信号总功率之比,表现为载波相位的随机漂移,是评价振荡器频谱纯度的重要指标。随着军事、雷达和深空探测等领域的发展,超低相噪高性能频率源的设计成为了工程师们的一项重要任务。蓝宝石谐振器由于其具有超高的Q值成为了设计超低相噪振荡器的上佳选择,结合低相噪放大器以及锁频环路组成的稳频振荡器可以有效的改善振荡器的相位噪声性能和频率稳定性。本文针对超低相噪蓝宝石振荡器的设计及放大器相位噪声的测量进行了研究。首先,为了对振荡器的相位噪声有更深入的了解,文章先对反馈振荡器基本振荡理论进行了介绍,并由振荡和反馈的理论,对相位噪声的Leeson模型进行了推导,并借助Matlab对该模型的参数优化进行了分析。其次,本文的第三章介绍了蓝宝石基本振荡环路的实现。分析了放大器的相位噪声性能对振荡器相噪的影响,并设计了环路低相噪放大器,构建了主振荡环路并利用信号分析仪对其相噪性能进行测量。测得相噪指标达到了-108dBc/Hz@1kHz和-132dBc/Hz@10kHz。然后,本文的第四章主要介绍了锁频环路的实现过程。首先分析了频率稳定度对改善相位噪声的影响,然后介绍了基于鉴相器的基本锁频环路和干涉锁频环路的分析与实验验证过程。分别搭建出了基于鉴相器的蓝宝石振荡器基本锁频环路和干涉结构锁频环路。我们对不同低频环路增益和滤波带宽情况下振荡器相噪性能分别进行了测试和分析。最后,本文设计了基于干涉结构的放大器附加相位噪声测量系统,实验表明该测量系统的相位噪底达到了-170 dBrad2/Hz,远小于经典的相位噪声测量系统的底噪。然后本文对频率源相位噪声测量系统的实现进行了探索,为后续对超低相噪频率源相噪测量系统的搭建奠定了基础。