專利名稱：嵌入式低相噪抗載穩(wěn)頻源及其設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本器件屬于電子信息領(lǐng)域，是一種微波引信的核心器件，具體是一種嵌入式低相噪抗載穩(wěn)頻源及其設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
微波固態(tài)頻率源是通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、精確制導(dǎo)等各種微波系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的重要器件，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能指標(biāo)的關(guān)鍵。微波固態(tài)頻率源包括頻率綜合器、介質(zhì)振蕩器等分支。介質(zhì)振蕩器是一種點(diǎn)頻源，具有功耗低、效率高、可靠性高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此介質(zhì)振蕩器在通信系統(tǒng)、雷達(dá)信標(biāo)、電子對(duì)抗接收機(jī)、應(yīng)答機(jī)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。但是介質(zhì)振蕩器也有近載頻相位噪聲差、尤其是振動(dòng)條件下的相位噪聲差的缺陷， 嚴(yán)重的限制了其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決介質(zhì)振蕩器相對(duì)于頻綜近載頻相位噪聲差、抗過(guò)載能力差的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種介質(zhì)振蕩器及其設(shè)計(jì)方法，可以廣泛應(yīng)用于彈載無(wú)線電系統(tǒng)，機(jī)載、車載、艦載等移動(dòng)武器裝備系統(tǒng)，以及星載設(shè)備、高鐵、車輛、地面移動(dòng)基站等工作于振動(dòng)條件下的民用設(shè)備。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種低相噪抗載穩(wěn)頻源，包括微波電路部分和屏蔽外殼；微波電路包括電源模塊、 振蕩電路和回波隔離模塊；屏蔽外殼內(nèi)設(shè)有相互獨(dú)立的屏蔽腔體，分別放置低噪電源模塊、 振蕩電路和回波隔離模塊；a、所述振蕩電路包括介質(zhì)振蕩器、輸入匹配微帶線和場(chǎng)效應(yīng)管；介質(zhì)振蕩器通過(guò)輸入匹配微帶線連接場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，輸入匹配微帶線的另一端通過(guò)負(fù)載電阻接地；所述場(chǎng)效應(yīng)管的源極經(jīng)匹配微帶線連接旁路后接地，旁路包括并聯(lián)連接的旁路反饋電容和旁路電阻；所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接輸出匹配微帶線；所述輸入匹配微帶線與輸出匹配微帶線平行，介質(zhì)諧振器位于兩微帶中間、靠近輸入匹配微帶線的位置，構(gòu)成的U形的反射式振蕩電路結(jié)構(gòu)；所述介質(zhì)諧振器懸在振蕩電路的電路板上方；b、所述電源模塊包括穩(wěn)壓器、電容濾波網(wǎng)絡(luò)、限流保護(hù)電阻；所述外部直流電連接穩(wěn)壓器的輸入端，穩(wěn)壓器的輸出端連接限流保護(hù)電阻的一端，限流電阻的另一端作為電源模塊的輸出端連接振蕩電路的電源輸入端；所述電容濾波網(wǎng)絡(luò)包括低頻濾波電容部分和高頻濾波電容部分，其中低頻濾波電容部分連接在限流保護(hù)電阻的前端，高頻濾波電容部分連接在限流保護(hù)電阻的后端；所述低頻濾波電容部分包括兩組濾波電容，它們的一端都接地，它們的另一端分別連接穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端；所述高頻濾波電容部分包括兩組濾波電容，它們的一端都接地，它們的另一端分別連接在限流保護(hù)電阻的后端；電源模塊的輸出端通過(guò)電感連接場(chǎng)效應(yīng)管的漏極；C、所述回波隔離模塊包括隔離器；所述隔離器一端與輸出匹配微帶線連接；隔離器的另一端即為本穩(wěn)頻源的輸出端。所述振蕩電路的電路板材優(yōu)選聚四氟乙烯電路板；所述介質(zhì)諧振器的溫度系數(shù)優(yōu)選為+2ppm/°C ；所述場(chǎng)效應(yīng)管優(yōu)選是GaAs場(chǎng)效應(yīng)管；所述負(fù)載電阻優(yōu)選50 Ω ；輸入匹配微帶線優(yōu)選50 Ω微帶線；所述電源模塊和振蕩電路之間的電感優(yōu)選由兩段各2. 5ηΗ的線繞電感串聯(lián)構(gòu)成；所述低頻濾波電容優(yōu)選IOuF的鉭電容；所述高頻濾波電容分別優(yōu)選IOOOpF的電容和 IOOpF的電容；所述限流保護(hù)電阻優(yōu)選兩個(gè)22歐姆串聯(lián)構(gòu)成；所述輸出匹配微帶線的匹配阻抗是50 Ω ；所述振蕩電路所在的屏蔽腔體的內(nèi)壁距離介質(zhì)諧振器的中心最小距離為介質(zhì)諧振器半徑的3. 3倍士 10% ；屏蔽腔體的上蓋板距離介質(zhì)諧振器上表面的距離為介質(zhì)諧振器高度的2. 8倍士 10% ；所述介質(zhì)諧振器距離振蕩電路的電路板表面距離為Imm士 10 %，構(gòu)成弱耦合結(jié)構(gòu)。所述隔離器的反向隔離度大于40dB。一種上述穩(wěn)頻源的設(shè)計(jì)方法，包括步驟1)設(shè)計(jì)電源模塊；2)設(shè)計(jì)振蕩電路；3) 設(shè)計(jì)回波隔離模塊；4)設(shè)計(jì)屏蔽外殼的屏蔽腔體；所述步驟1)中，使用穩(wěn)壓器對(duì)外部供電進(jìn)行穩(wěn)壓，避免外界電壓拉偏對(duì)穩(wěn)頻源輸出頻率造成影響。穩(wěn)壓器兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)容值為IOuF的鉭電容，穩(wěn)壓器輸出端使用一個(gè)IOOOpF 的電容與一個(gè)IOOpF的電容并聯(lián)，形成一個(gè)寬帶的濾波網(wǎng)絡(luò)，可以濾除電源中的低頻部分以及射頻部分，為振蕩模塊提供低噪電壓。使用2個(gè)22歐姆的限流電阻來(lái)調(diào)節(jié)加到振蕩模塊的場(chǎng)效應(yīng)管上的電壓，同時(shí)對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行限流保護(hù)。所述步驟2)中，為了降低腔體微小形變對(duì)穩(wěn)頻源輸出頻率的影響，屏蔽盒的材料選擇為銅(H62)；同時(shí)屏蔽盒的內(nèi)壁距離振蕩模塊的介質(zhì)諧振器DR的中心最小距離為DR 半徑的3. 3倍；屏蔽盒的上蓋板距離DR的距離約為DR高度的2. 8倍。振蕩電路板材質(zhì)選用聚四氟乙烯。對(duì)反射式的振蕩電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，場(chǎng)效應(yīng)管的柵極輸入微帶與漏極輸出微帶平行、諧振器位于兩微帶中間、靠近柵極微帶，形成了新型的U形的反射式振蕩電路結(jié)構(gòu)。介質(zhì)諧振器距離振蕩電路表面距離約為1mm，形成弱耦合系統(tǒng)，有效提高系統(tǒng)Q值。使用兩段串聯(lián)的線繞電感為振蕩模塊供電；每一段電感的感值約為2. 5nH，振蕩板一端電感主要防止高頻信號(hào)通過(guò)加電線傳輸?shù)诫娫窗迳?，電源板一段的電感主要防止通過(guò)空間輻射到電源板一端得高頻信號(hào)再通過(guò)加電線作用到振蕩板一端。同時(shí)該電感優(yōu)化了穩(wěn)頻源的起振條件，電感的引入使得穩(wěn)頻源的相位噪聲得到了 5dB以上的優(yōu)化。由于反射式振蕩電路中電路結(jié)構(gòu)對(duì)振蕩器整體的頻率溫度系數(shù)影響不明顯，在設(shè)計(jì)時(shí)僅需要對(duì)諧振腔體的溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，因此介質(zhì)諧振器的溫度系數(shù)選擇為 +2ppm/°C ο選用單向性好、線性增益高的GaAsFET作為振蕩管，該GaAsFET在所需頻點(diǎn)的S12 為0. 07、線性增益較高為7dB，具有較好的單向性和較充足的線性增益。設(shè)計(jì)中只要保證介質(zhì)諧振器反饋網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸系數(shù)β大于_5dB，就可以充分滿足反射型振蕩電路的起振條件。所述步驟3)中，輸出端通過(guò)場(chǎng)路一體化分析，使得該模塊的實(shí)際反向隔離度大于 40dB,有效提高了隔離效果、改善端口駐波，使得穩(wěn)頻源的抗負(fù)載牽引能力明顯提高，保證了穩(wěn)頻源的環(huán)境適應(yīng)能力。所述步驟4)中，該屏蔽盒內(nèi)設(shè)有放置低噪電源模塊、振蕩模塊和回波隔離模塊相
[ 3~Λα2^7、
應(yīng)的三個(gè)獨(dú)立的腔體；腔體設(shè)計(jì)時(shí)采用矩形薄板模型進(jìn)行分析，根據(jù)公式:
權(quán)利要求
1.一種低相噪抗載穩(wěn)頻源，包括微波電路部分和屏蔽外殼；其特征是微波電路包括電源模塊、振蕩電路和回波隔離模塊；屏蔽外殼內(nèi)設(shè)有相互獨(dú)立的屏蔽腔體，分別放置低噪電源模塊、振蕩電路和回波隔離模塊；a、所述振蕩電路包括介質(zhì)振蕩器、輸入匹配微帶線和場(chǎng)效應(yīng)管；介質(zhì)振蕩器通過(guò)輸入匹配微帶線連接場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，微帶線的另一端通過(guò)負(fù)載電阻接地；所述場(chǎng)效應(yīng)管的源極經(jīng)匹配微帶線連接旁路后接地，旁路包括并聯(lián)連接的旁路反饋電容和旁路電阻；所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接輸出匹配微帶線；所述輸入匹配微帶線與輸出匹配微帶線平行，介質(zhì)諧振器位于兩微帶線中間、靠近輸入匹配微帶線的位置，構(gòu)成的U形的反射式振蕩電路結(jié)構(gòu)；所述介質(zhì)諧振器懸在振蕩電路的電路板上方；b、所述電源模塊包括穩(wěn)壓器、電容濾波網(wǎng)絡(luò)、限流保護(hù)電阻；所述外部直流電連接穩(wěn)壓器的輸入端，穩(wěn)壓器的輸出端連接限流保護(hù)電阻的一端，限流電阻的另一端作為電源模塊的輸出端連接振蕩電路的電源輸入端；所述電容濾波網(wǎng)絡(luò)包括低頻濾波電容部分和高頻濾波電容部分，其中低頻濾波電容部分連接在限流保護(hù)電阻的前端，高頻濾波電容部分連接在限流保護(hù)電阻的后端；所述低頻濾波電容部分包括兩組濾波電容，它們的一端都接地，它們的另一端分別連接穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端；所述高頻濾波電容部分包括兩組濾波電容，它們的一端都接地，它們的另一端分別連接在限流保護(hù)電阻的后端；電源模塊的輸出端通過(guò)電感連接場(chǎng)效應(yīng)管的漏極；C、所述回波隔離模塊包括隔離器；所述隔離器一端與輸出匹配微帶線連接；隔離器的另一端即為本穩(wěn)頻源的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相噪抗載穩(wěn)頻源，其特征是所述振蕩電路的電路板材優(yōu)選聚四氟乙烯電路板；所述介質(zhì)諧振器的溫度系數(shù)優(yōu)選為 +2ppm/°C ；所述場(chǎng)效應(yīng)管優(yōu)選是GaAs場(chǎng)效應(yīng)管；所述負(fù)載電阻優(yōu)選50 Ω ；輸入匹配微帶線優(yōu)選50 Ω微帶線；所述電源模塊和振蕩電路之間的電感優(yōu)選由兩段各2. 5ηΗ的線繞電感串聯(lián)構(gòu)成；所述低頻濾波電容優(yōu)選IOuF的鉭電容；所述高頻濾波電容分別優(yōu)選IOOOpF的電容和IOOpF的電容；所述限流保護(hù)電阻優(yōu)選兩個(gè)22 Ω串聯(lián)構(gòu)成；所述輸出匹配微帶線的匹配阻抗是50 Ω。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相噪抗載穩(wěn)頻源，其特征是所述振蕩電路所在的屏蔽腔體的內(nèi)壁距離介質(zhì)諧振器的中心最小距離為介質(zhì)諧振器半徑的3. 3倍士 10% ；屏蔽腔體的上蓋板距離介質(zhì)諧振器上表面的距離為介質(zhì)諧振器高度的 2. 8 倍士 10% ；所述介質(zhì)諧振器距離振蕩電路的電路板表面距離為Imm士 10%，構(gòu)成弱耦合結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低相噪抗載穩(wěn)頻源，其特征是所述隔離器的反向隔離度大于 40dB。
5.一種權(quán)利要求1 4任一所述穩(wěn)頻源的設(shè)計(jì)方法，其特征是包括步驟1)設(shè)計(jì)電源模塊；2)設(shè)計(jì)振蕩電路；3)設(shè)計(jì)回波隔離模塊；4)設(shè)計(jì)屏蔽外殼的屏蔽腔體；所述步驟1)中，使用穩(wěn)壓器對(duì)外部供電進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓器連接電容濾波網(wǎng)絡(luò)；并用限流電阻來(lái)調(diào)節(jié)加到振蕩電路的場(chǎng)效應(yīng)管上的電壓，同時(shí)對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行限流保護(hù)；所述步驟2)中，介質(zhì)振蕩器通過(guò)輸入匹配微帶線連接場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，輸入匹配微帶線的另一端通過(guò)負(fù)載電阻接地；所述場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接輸出匹配微帶線；所述輸入匹配微帶線與輸出匹配微帶線平行，介質(zhì)諧振器位于兩微帶中間、靠近輸入匹配微帶線的位置， 構(gòu)成的U形的反射式振蕩電路結(jié)構(gòu)；所述介質(zhì)諧振器懸在振蕩電路的電路板上方； 所述步驟3)中，輸出端通過(guò)場(chǎng)路一體化分析，提高實(shí)際反向隔離度大于40dB ； 所述步驟4)中，在屏蔽盒內(nèi)設(shè)有放置電源模塊、振蕩電路和回波隔離模塊相應(yīng)的三個(gè)獨(dú)立的屏蔽腔體；腔體設(shè)計(jì)時(shí)采用矩形薄板模型進(jìn)行分析，根據(jù)公式
全文摘要
一種低相噪抗載穩(wěn)頻源，包括微波電路部分和屏蔽外殼；微波電路包括電源模塊、振蕩電路和回波隔離模塊；屏蔽外殼內(nèi)設(shè)有相互獨(dú)立的屏蔽腔體，分別放置低噪電源模塊、振蕩電路和回波隔離模塊。一種穩(wěn)頻源的設(shè)計(jì)方法，其特征是包括步驟1)設(shè)計(jì)電源模塊；2)設(shè)計(jì)振蕩電路；3)設(shè)計(jì)回波隔離模塊；4)設(shè)計(jì)屏蔽外殼的屏蔽腔體。本技術(shù)方案近載頻相位噪聲好、尤其是振動(dòng)條件下的相位噪聲好，應(yīng)用范圍廣泛。
文檔編號(hào)H03K3/013GK102332896SQ20111023630
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者孫毅, 張百軍, 林宇, 王學(xué)芝, 郭樸陽(yáng) 申請(qǐng)人:南京譽(yù)葆科技有限公司