极低相噪稳频技术研究

摘要

微波振荡器是许多电子系统中产生信号的装置。雷达、导航、通信和遥感等诸多领域都需要精密的振荡器，振荡器的频率稳定度直接影响和决定了这些系统的性能优劣。因此对振荡器稳频技术的研究一直是科技人员关注的课题。 本文采用高 Q 空气谐振腔作为鉴频基准，利用载波抑制技术设计了用于改善介质压控振荡器输出点频信号相位噪声的极低相噪稳频系统。具体的研究工作包含以下几个方面： 1. 首先介绍了鉴定点频信号稳定性能的参考指标，包括频率准确度和频率稳定度；然后从振荡器原理和频率稳定度的概念出发，引入了经典表征相位噪声的Leeson模型，并叙述了简要的推导过程。 2. 列举了晶体温度补偿稳频、环路注入锁相稳频、环路取样锁相稳频、锁频环稳频和高 Q 传输腔稳频等目前常用的几种稳频技术理论，以及这几种理论各自的特点；然后在此基础上介绍了本文研究的极低相噪稳频技术并进行了理论分析。 3. 基于圆柱形空气谐振腔的基本理论，设计了高Q圆柱空气谐振腔作为极低相噪稳频系统关键器件。该谐振腔激励端口采用了同轴-波导转换装置，为了达到很好的载波抑制效果，在使用中将谐振腔输入端口调节至接近临界耦合状态，输出端口调节至弱耦合状态。 4. 参照极低相噪稳频系统的框架，仿真和制作了用于极低相噪稳频系统的有源和无源器件，包括：介质压控振荡器、功率放大器、定向耦合器、3dB电桥、移相器、混频器、环路滤波器和加法器等，并对各个器件性能参数进行了测试。 5. 采用逐次添加器件的方式对极低相噪稳频系统进行了搭建和调试。经测试，该稳频系统构成的点频源输出了一个频率为 9.9071GHz，功率为 7.17dBm 的点频信号。该点频信号的杂散在仪器的测试频段处于噪声功率以下，其相位噪声指标分别为：-72.2dBc@1KHz、-99.8dBc@10KHz、-117.8dBc@100KHz和-131.8dBc@1MHz。

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