混合结构耿氏管压控振荡器研究.pdf

2005’全国微波毫米波会议论文集 混合结构耿氏管压控振荡器 张睿奇于洪喜 航天科技集团五院五0四研究所 Gunn tuned Oscillator)足毫米波应用系统 摘要 变容管调谐耿氏管振荡器(Varactor 中关键部件之一。本文在列举了腔体型和平面结构型耿氏管振荡器的优缺点后，提出了一种 混台结构的耿氏管VCO：平面结构的径向线实现阻抗变换和器件耦合，消失模波导与耿氏管 组成谐振同路，成功研制了悬置带线型毫米波耿氏管VCO，并列出了试验数据。该电路在降 低研制成本，提高振荡器相噪特性方面，是一种有益的探索。 一引言 GaAs耿氏管在306HzlOOGHz频率范围内有合适的功率输出，噪声特性优良，作为低 噪声本机振荡器非常有用。耿氏管振荡器按采用的电路结构可分为两大类，即腔体型和平面 电路型，前者如同轴腔和矩形波导腔，后者如微带型，鳍线型。 在毫米波频段，常采用盘一柱结构构成腔体耿氏管振荡器【l】。在该电路中，盘帽谐振 器是一个重要部件，通过盘帽实现波导腔高阻抗到耿氏管低阻抗的转换，盘帽结构、耿氏管 和盘『9目上面的感性柱共同组成谐振回路决定振荡器的输出频率。构成VCO时，变容管和耿氏 管在波导腔中成直线安装，通过盘帽结构达到恒流耦合，从而实现变容管串联调谐。 在毫米波频段，平面结构的耿氏管振荡器常采用鳍线结构[21。在这种结构中，由鳍线 形式的旺配支节和平面结构的谐振器构成电路。由于鳍线结构上的优点，可以采用耿氏管管 芯来构成电路，提高电路性能，这是腔体型振荡器所不具有的功能。 腔体型振荡器具有较高的Q值，振荡器的频率稳定度较高。其缺点是模型复杂，难于设 汁，同时对机械加工的精度较高；平面结构的振荡器采用平面印制电路技术，提高了加工精 度，降低n戎本，但是由于采用了0值较低的平面谐振器，振荡器的相噪特性通常不能满足 要求，同时输出功率也较低。 本文吸取了上述两类电路形式的优点，研制了一种混合结构的耿氏管VCO，即采用甲面 电路结构完成阻抗匹配，高Q值的消失模波导构成谐振电路，实验结果表明，该电路在降低 研制成本，提高振荡器相噪特性方面，是‘种有益的探索。 744 2005。全国微波毫米波会议论文集 二电路设计及原理分析 该耿氏管压控振荡器(VCO)采用悬置带线端接消失模波导的结构，其中包括低通直流 偏置电路、谐振同路部分、径向线阻抗变换部分、耿氏管和变容管耦合部分和悬置带线到标 准波导输出转换部分。图1为压控振荡器结构示意图。 4 图1压控振荡器结构示意图 1低通直流偏置部分 2径向线阻抗变换部分及耿氏管和变容管耦台部分3 消失模波导部分 4悬置带线到标准波导输出转换部分 2．1 偏置电路优化设计 直流偏置电路采用高低阻抗线构成的低通滤波器实现，这样便可使电源与射频信号之间 有效地隔离，以避免相互之间的干扰。 22 径向线阻抗变换器的优化 耿氏管是一种低阻抗器件，其阻抗的实部通常只有儿欧或}^几欧，因此，需要采用阻抗 变换结构，在耿氏管和外电路之间进行转换。径向线是一个高变换比的阻抗变换器，完成耿 氏管低阻抗到悬置带线高阻抗的阻抗变换，由径向线的相关计算公式【3】，即可进行设计计 算。最终确定径向线的外径尺寸，即可实现阻抗变换。变容管和耿氏管分别位于悬置带线上 F两个空气通道，通过盘状径向线实现耦合。 2．3 谐振回路的设计和优化 当工作频率低于矩形波导的主模截止频率时，TE模(TM模也一样)处于截LE状态，在 该状态，TE模波阻抗呈现感抗14l。因此，对于TE模来说，一段短的长度为L的消失模波 导实际上相当于一个Pi型或一个Tee型电感网络。当它与呈现容抗性质的器件如耿氏管和 变容管相连时，就可组成谐振回路。把悬置带