隨著無線通信系統(tǒng)和微波集成電路的發(fā)展，微波電路和系統(tǒng)必須朝著小型化的方向發(fā)展。平面電路因其結構緊湊，加工簡單而獨具吸引力。微波振蕩器是現(xiàn)代微波通信系統(tǒng)中必不可少的元件，而相位噪聲由于可決定整個系統(tǒng)的性能，因此，在通訊系統(tǒng)中占有非常重要的地位。為了減小相位噪聲，經常采用的方法是使用高Q諧振器，通常的做法是設計介質諧振器振蕩器，但介質諧振器由于三維結構不便于電路的安裝和使用，且無法利用它來設計微波單片電路。為了克服這個問題，人們發(fā)展了適用于MMIC電路的全平面型諧振器，如發(fā)夾型諧振器。本文介紹了一種新型平面結構的微帶發(fā)夾式諧振器,此諧振器可應用在X波段振蕩器中并以其良好的品質因數可使得振蕩器具有更好的相位噪聲。

1  新型平面結構微帶發(fā)夾諧振器的設計理論

平面諧振器制造簡單，性能可靠，已成為微波電路中振蕩和選頻的一個重要器件。從近幾年的報道中可以看出，現(xiàn)在使用較多的是用微帶構成的各種形式的諧振器,如微帶發(fā)夾諧振器。本文采用的是介電常數為9.6,厚度為0.635mm的陶瓷介質基片。圖1(a)為設計在10GHz與50Ω微帶線耦合的傳統(tǒng)帶阻式發(fā)夾諧振器。圖1(b)為設計在10GHz微帶的新型發(fā)夾諧振器，它是由兩端緊密耦合的50。微帶線組成的帶通式諧振器。

本文所設計的新型帶通發(fā)夾諧振器的最終等效電路如圖2所示，其實際上是一個RLC串聯(lián)等效電路。在此種微帶帶通諧振器中,諧振器的諧振頻率取決于電感的等效電感值L_r和等效電容值C_r。電阻Rr代表了損耗元件。這些參數取決于電感的尺寸（如總長度、線寬及線間間隙），其中改變線寬及線間間隙對諧振頻率的影響比較小。L_m為微帶線與諧振器之間的磁耦合,微帶線與諧振器的耦合系數與耦合線的長度n及兩者的耦合間隙S₂有關。在這里將S₂設置為0.2mm。此時諧振器的諧振頻率就只與諧振器的總長度有關。

圖3所示是一個變容二極管調節(jié)的發(fā)夾諧振器的工作原理圖。圖中，外部的能量通過兩邊的兩條耦合線耦合到諧振器,其中的偏置電流沒有畫出。這是一個兩端口的微波網絡,根據奇偶模理論可以沿著中間的虛線0-0分為兩個對稱的電路。在偶模中，對稱面00相當于磁壁，而在奇模中，對稱面0-0相當于電壁。

為了便于分析，可將諧振器劃分為幾個傳輸線片段，其等效結構如圖4所示，這些電長度分別被定義為θ_m、θ_m、θ_1、θ_2、和θ_c,其中，θ_c為內部耦合枝節(jié)的電長度，θ_m、Y₁₁和Y₁₂分別為外部耦合線的電長度、自導和互導。

假定耦合線的平均導納為Y₀，則諧振器的奇?；蛘吲寄５妮斎雽Ъ{可以表示如下:

這里:

諧振器的頻率可以通過式（1）中的奇偶模的輸入導納為零得到。此諧振器的物理尺寸分別為W₁=0.1mm,W₂=W₃=0.63mm,L₁=0.8mm,L₂=2.1mm,L₃=1.9mm,L₄=2.2mm,L₅=6mm,L₆=6mm,M=4.3mm,N=3?16mm。

2  仿真結果

諧振器的品質因數可以通過其s參數的測量來計算，等效電路的有載品質因數Ql可通過下式計算：

品質因數也可通過反射系數s₁₁的測量來計算，圖5所示是有載品質因數測量的定義曲線。

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此時,有載品質因數對應于3dB帶寬的公式為:

為了估計有載品質因數，可以分別對兩種結構進行仿真。圖6和圖7分別是傳統(tǒng)的帶阻諧振器和新型帶通式諧振器外的仿真曲線。由此曲線計算出它們的品質因數分別為89和215,顯然新型的帶通諧振器具有較高的有載品質因數

在振蕩器中，品質因數對其相位噪聲影響很大。具體如式(6)所示，所以，振蕩器采用這種諧振器會大大改善其相位噪聲性能。

式中，F(xiàn)為有效噪聲因子，p_sig為信號功率，T為溫度，k是波爾茲曼常數，Q為諧振器品質因數，?W為偏離諧振頻率的角頻率偏移量，W₀為諧振角頻率。是偏離三階吸收點的角頻率偏移量。

3  結語

本文設計了一種微帶帶通發(fā)夾諧振器，該諧振器具有較高的品質因數，故其更適合用于振蕩器中。它能在很大程度上改善振蕩器的相位噪聲，從而改善整個系統(tǒng)的相位噪聲性能。另外由于它具有完全的平面結構，故其可以完全勝任花費更少的MMIC振蕩器的需要。