高温超导高Q腔稳频技术研究

摘要

微波频率源是各种微波系统的核心部件，相位噪声是它的关键指标。基于此，本文设计了一款基于 X 波段高温超导谐振腔的低相噪微波点频源系统，分析了其理论，考虑了工程实践上的问题，最后对系统进行了测试和分析。 本课题微波频率源采用反馈式振荡器模型设计，由增益网络和反馈网络组成，增益网络包括低噪声放大器和限幅器，反馈网络包括高温超导谐振腔和移相器。本文对振荡器起振条件和稳定振荡条件进行了理论上的分析，基于Leeson相位噪声模型分析得出，谐振网络中有载品质因数QL的高低直接关系到频率源相位噪声指标的优劣。文中进行了高温超导谐振腔以及其耦合装置的理论分析，总结了设计高有载品质因数的谐振腔所要注意的问题和所采取的方案。 设计和测试了高温超导谐振腔，结合高温超导器件测试时气密性的考虑和腔体加工工艺考虑，确定了腔体整体结构和截止波导耦合结构，采用了合适的工作模式TE021模；设计并测试了低噪声放大器，使用两级双极型晶体管进行级联设计，以满足振荡环路对其高增益和低噪声的要求；搭建并测试了模拟移相器，使其可以在 360°范围内连续可调，以满足振荡器的相位起振条件；对定向耦合器、限幅器以及混频器进行了设计与测试。制作了两套电路结构相同的点频源，它们的工作频率分别为9.9655GHz和9.9476GHz。 其中，两套高温超导谐振腔的无载品质因数分别为540000和530000。最终测试结果为：第一套X波段微波源信号的相位噪声在偏离载波1kHz处为-62.0dBc/Hz， 10kHz 处为-104.0dBc/Hz，100kHz 处为-121.1dBc/Hz，1MHz 处为-126.5dBc/Hz；第二套的相位噪声在偏离载波1kHz处为-65.6dBc/Hz，10kHz处为-102.6dBc/Hz， 100kHz处为-124.0dBc/Hz，1MHz处为-130.7dBc/Hz。

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