CN208158548U - 基于微带差分带通滤波器的推-推型振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于微带差分带通滤波器的推‑推型振荡器，包括矩形介质基板(1)、贴覆于介质基板(1)下表面的金属接地层(2)、置于介质基板(1)上表面的差分滤波器(3)、功率合成器(4)、第一放大器输入输出匹配电路(5)和第二放大器输入输出匹配电路(6)；所述功率合成器(4)通过第一、二放大器输入输出匹配电路(5、6)与差分滤波器(3)相连。本实用新型的基于微带差分带通滤波器的推‑推型振荡器，相位噪声低、基波抑制水平高、品质因数高、选择性好。

Description

基于微带差分带通滤波器的推-推型振荡器

技术领域

本实用新型属于振荡器技术领域，特别是一种相位噪声低、基波抑制水平高、品质因数高、频率选择性好的基于微带差分带通滤波器的推-推型振荡器。

背景技术

振荡器是无线电***重要的信号源之一，广泛应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星通信、弹道制导等***中，是微波和毫米波***中不可缺少的重要器件。它的相噪性能的优劣往往直接影响整个通信***的性能指标。

推-推型振荡器能够较好地抑制基波频率，输出为二次谐波频率，大大拓展了有源器件的可用频率范围。推-推型振荡器主要由选频元件、放大器匹配电路和功率合成器构成，在满足振荡器的设计条件下，选频元件的选择与设计对于振荡器的性能起着至关重要的作用。现有推-推型振荡器通常具有较为复杂的加工工艺或者不够优良的噪声性能。

总之，现有技术存在的问题是：振荡器相位噪声高、品质因数低、选择性差。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于微带差分带通滤波器的推-推型振荡器，相位噪声低、基波抑制水平高、品质因数高、选择性好。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种基于微带差分带通滤波器的推-推型振荡器，包括矩形介质基板1、贴覆于介质基板1下表面的金属接地层2、置于介质基板1上表面的差分滤波器3、功率合成器4、第一放大器输入输出匹配电路5和第二放大器输入输出匹配电路 6；所述功率合成器4通过第一、二放大器输入输出匹配电路5、6与差分滤波器 3相连。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：

1、相位噪声低：本实用新型将基于微带线结构的差分带通滤波器应用于推- 推型振荡器的设计中，具有较好的频率选择性、共模抑制水平和宽阻带特性，而且将复数品质因数峰值所对应的频率作为振荡器基波频率，极大提高了振荡器的相位噪声性能；

2、品质因数高：本实用新型选择基于微带线结构的差分带通滤波器，差分带通滤波器通过电磁耦合与交叉耦合具有更高的选择性，从而提高了整体的品质因数，进一步增强了振荡器的相位噪声性能。

3、选择性好：本实用新型选择基于基片集成波导结构的差分带通滤波器作为推-推型振荡器的选频元件，在输出微带线端耦合U型微带线，该微带线只对差模信号有影响且会在通带一侧引入了一个传输零点，通过调整U型微带线的线宽，可以改变传输零点的位置，进而形成较优越的带通特性。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型基于微带差分带通滤波器的推-推型振荡器的结构示意图。

图2为图1中差分滤波器的局部放大图。

图3为图1中第一放大器输入输出匹配电路的局部放大图。

图4为图1中第二放大器输入输出匹配电路的局部放大图。

图5为图2所示差分滤波器的的尺寸示意图。

图6a-6b为基于基片集成波导结构的差分带通滤波器S参数仿真图和复数品质因数仿真图。

图7a-7c为推-推型振荡器输出基波与谐波的对比图、谐波测试图与谐波相位噪声测试图。

图中，介质基板1，金属接地层2，差分滤波器3，功率合成器4，放大器输入输出匹配电路5、6，第一至第六微带矩形线301、302、303、304、305、306， U型微带线35，输入输出微带线31、32，第一输入端口41，第二输入端口42，输出端口43，第一、第二微带线输入匹配电路51、61，第一、第二微带线输出匹配电路52、62，第一、第二场效应晶体管放大器53、63，四个集总电容510、 525、610、625，50欧姆微带线511、514、521、526、611、614、621、626，微带线开路枝节512、522、527、612、622、627，扇形微带线513、523、613、623 以及T型结524、624。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型基于微带差分带通滤波器的推-推型振荡器，包括矩形介质基板1、贴覆于介质基板1下表面的金属接地层2、置于介质基板1上表面的差分滤波器3、功率合成器4、第一放大器输入输出匹配电路5和第二放大器输入输出匹配电路6；

所述功率合成器4通过第一、二放大器输入输出匹配电路5、6与差分滤波器3相连。

如图2所示，所述差分滤波器3包括输入微带线31、输出微带线32，第一微带矩形线301、第一连接微带线311、第二微带矩形线302、第二连接微带线 321、第三微带矩形线303、第三连接微带线331、第四微带矩形线304、第四连接微带线341、第五微带矩形线305、第五连接微带线351、第六微带矩形线306、第六连接微带线361；

所述输出微带线32与输入微带线31平行并与介质基板1的横向中线L1垂直，所述第三微带矩形线303、第三连接微带线331、第四微带矩形线304、第四连接微带线341、第五微带矩形线305、第五连接微带线351、第六微带矩形线306和第六连接微带线361位于输出微带线32与输入微带线31之间；

所述第一微带矩形线301通过第一连接微带线311与输入微带线31连接，第二微带矩形线302通过第二连接微带线321与输入微带线31连接；

所述第一微带矩形线301与第二微带矩形线302位于输入微带线31的远离输出微带线32一侧，并关于介质基板1的横向中线L1对称；

还包括一长枝节33，所述长枝节33位于介质基板1的横向中线L1上，一端与输入微带线31连接，另一端悬空位于第一微带矩形线301与第二微带矩形线302之间；

所述第三微带矩形线303通过第三连接微带线331与输入微带线31连接，第四微带矩形线304通过第四连接微带线341与输入微带线31连接；

所述第三微带矩形线303与第四微带矩形线304位于输入微带线31的靠近输出微带线32一侧，并关于介质基板1的横向中线L1对称；

所述第五微带矩形线305通过第五连接微带线351与输出微带线32连接，第六微带矩形线306通过第六连接微带线361与输出微带线32连接；

所述第五微带矩形线305与第六微带矩形线306关于介质基板1的横向中线L1对称，第五微带矩形线305与第三微带矩形线303关于输出微带线32与输入微带线31之间的中线L3对称；

还包括一短枝节34，所述短枝节34位于介质基板1的横向中线L1上，一端与输出微带线32连接，另一端悬空位于第五微带矩形线305与第六微带矩形线306之间；

还包括一U型微带线35，所述U型微带线35位于输出微带线32远离输入微带线31一侧，其开口朝向输出微带线32。

如图1所示，所述功率合成器4包括第一输入端口41、第二输入端口42和输出端口43，所述第一输入端口41与输出端口43之间通过第一阻抗变换线401 相连，所述第二输入端口42与输出端口43之间通过第二阻抗变换线402相连。

所述第一输入端口41、第二输入端口42关于介质基板1的横向中线L1对称；

所述第一放大器输入输出匹配电路5与第二放大器输入输出匹配电路6分置于差分滤波器3两侧，并关于介质基板1的横向中线L1对称；

所述输出端口43位于靠近输入微带线31一侧的介质基板1上表面侧边中点上。

如图3、4所示，所述第一放大器输入输出匹配电路5包括第一微带线输入匹配电路51、第一微带线输出匹配电路52和第一场效应晶体管放大器53；

所述第二放大器输入输出匹配电路6包括第二微带线输入匹配电路61、第二微带线输出匹配电路62和第二场效应晶体管放大器63。

如图3所示，所述第一微带线输入匹配电路51包括第一集总电容510、第一50欧姆微带线511、第一微带线开路枝节512、第一微带扇形线513和第二 50欧姆微带线514；

所述第一集总电容510一端与输出微带线32的一端相连，其另一端通过第一50欧姆微带线511与第一微带线开路枝节512的固定端相连，第一微带扇形线513的固定端通过第二50欧姆微带线514与第一场效应晶体管放大器53相连；

所述第一微带线输出匹配电路52包括第三50欧姆微带线521、第四50欧姆微带线526、第二微带线开路枝节522、第三微带线开路枝节527、第二微带扇形线523、第一T型节524以及第二集总电容525；

所述第一T型节524的输入端通过第三50欧姆微带线521与第一场效应晶体管放大器53相连，其第一输出端与第二集总电容525相连，所述第二集总电容525另一端与输入微带线31一端相连；所述第一T型节524的第二输出端通过第四50欧姆微带线526与第一输入端口41相连；所述第三微带线开路枝节 527的固定端与第四50欧姆微带线526中部相连；所述第二微带线开路枝节522 的固定端与第三50欧姆微带线521中部相连。

如图4所示，所述第二微带线输入匹配电路61包括第三集总电容610、第五50欧姆微带线611、第四微带线开路枝节612、第三微带扇形线613和第六 50欧姆微带线614；

所述第三集总电容610一端与输出微带线32的另一端相连，其另一端通过第五50欧姆微带线611与第四微带线开路枝节612的固定端相连，第三微带扇形线613的固定端通过第六50欧姆微带线614与第二场效应晶体管放大器63 相连；

所述第二微带线输出匹配电路62包括第七50欧姆微带线621、第八50欧姆微带线626、第五微带线开路枝节622、第六微带线开路枝节627、第四微带扇形线623、第二T型节624以及第四集总电容625；

所述第二T型节624的输入端通过第七50欧姆微带线621与第二场效应晶体管放大器63相连，其第一输出端与第四集总电容625相连，所述第四集总电容625另一端与输入微带线31另一端相连；所述第二T型节624的第二输出端通过第八50欧姆微带线626与第二输入端口42相连；所述第六微带线开路枝节 627的固定端与第八50欧姆微带线626中部相连；所述第五微带线开路枝节622 的固定端与第七50欧姆微带线621中部相连。

优选地，所述推-推型振荡器的基波频率为带通差分滤波器的复数品质因数峰值所对应的频率。

如图5所示为本实用新型的一个实施例。所述第三、第四微带矩形线303、 304与第五、第六微带矩形线305、306间的耦合距离为0.7mm；长枝节33的长度为5mm，宽度为1.6mm；短枝节34的长度为1mm，宽度为0.6mm。U型微带线35的线宽为1.4mm。

作为优选，所述介质基板1采用R05880型号，介电常数为2.2，厚度为 0.508mm。

如图5所示，第一、第二微带矩形线301、302的尺寸为5.5mm*5mm，第三至第六微带矩形线303、304、305、306的尺寸为4.4mm*3mm。输出、输入微带线31、32的线宽为1.56mm，长度为25mm。第一、第二微带矩形线301、302与输入微带线之间的微带线311长度为4.5mm，第三、第四微带矩形线303、304 与输入微带线之间的微带线331、341长度为2.3mm。输出微带线32通过一个集总电容510与输入匹配电路51相连，第一微带线开路枝节512长7mm。第一场效应晶体管53通过输出匹配电路52与第一T型结524相连，开路枝节522长 9.5mm。第一T型结524的一输出端通过一集总电容525与输入微带线31连接，另一输出端通过50欧姆微带线526与第一输入端口41连接。开路枝节527长 8.5mm。

为了提高推-推型振荡器的相位噪声性能水平，如图6a所示的基于微带线结构的差分带通滤波器S参数仿真图，差分滤波器仿真得到的中心频率为4.23GHz， 3dB带宽为0.2GHz，差分通带带内插损为0.6dB，在通带左侧有一个传输零点，进一步提高了差模通带的选择性。共模激励时，仿真得到带内共模抑制优于 25dB。通过对仿真结果分析，设计得到的差分滤波器在通带内具有较好的共模抑制水平和优越的频率选择性能。在较宽频段内，该滤波器的带外抑制优于50dB 左右，可见该差分滤波器已经达到相对较好的性能。如图6b所示基于微带线结构的差分带通滤波器复数品质因数仿真图，其通带内复数品质因数峰值对应的频率为4.33GHz，则设计基波频率为4.33GHz，从而可以得到最终输出频率为8.66GHz的推-推型振荡器。

如图7a-7c所示为推-推型振荡器输出基波与谐波的对比图、谐波测试图与谐波相位噪声测试图。其中7a是输出基波与谐波的对比图，7b是输出谐波测试图，图7c是输出谐波相位噪声测试图。由结果图可以看出，推-推型振荡器最后输出频率为8.37GHz，输出功率为-5.37dBm，其中，基波频率为4.19GHz，输出功率为-29.21dBm，由图7a中对比图读出基波抑制度为-22.59dBc，可见推-推型振荡器对基波达到较好的抑制水平。利用相位噪声仪对推-推型振荡器进行相位噪声测量，测试结果如图7c所示，其偏离载频100KHz处的相位噪声为 -101.2dBc/Hz，偏离载频1MHz处的相位噪声为-134.6dBc/Hz。

本实用新型公开的推-推型振荡器不仅将基于微带线结构的差分带通滤波器应用于推-推型振荡器的设计中，从而有效提高了滤波器带外抑制水平，而且应用将复数品质因数峰值对应的频率作为振荡器基波频率的设计方式，极大提高了振荡器的相位噪声性能。

Claims (6)

1.一种基于微带差分带通滤波器的推-推型振荡器，其特征在于:

包括矩形介质基板(1)、贴覆于介质基板(1)下表面的金属接地层(2)、置于介质基板(1)上表面的差分滤波器(3)、功率合成器(4)、第一放大器输入输出匹配电路(5)和第二放大器输入输出匹配电路(6)；

所述功率合成器(4)通过第一、二放大器输入输出匹配电路(5、6)与差分滤波器(3)相连。

2.根据权利要求1所述的推-推型振荡器，其特征在于:

所述差分滤波器(3)包括输入微带线(31)、输出微带线(32)，第一微带矩形线(301)、第一连接微带线(311)、第二微带矩形线(302)、第二连接微带线(321)、第三微带矩形线(303)、第三连接微带线(331)、第四微带矩形线(304)、第四连接微带线(341)、第五微带矩形线(305)、第五连接微带线(351)、第六微带矩形线(306)、第六连接微带线(361)；

所述输出微带线(32)与输入微带线(31)平行并与介质基板(1)的横向中线(L1)垂直，所述第三微带矩形线(303)、第三连接微带线(331)、第四微带矩形线(304)、第四连接微带线(341)、第五微带矩形线(305)、第五连接微带线(351)、第六微带矩形线(306)和第六连接微带线(361)位于输出微带线(32)与输入微带线(31)之间；

所述第一微带矩形线(301)通过第一连接微带线(311)与输入微带线(31)连接，第二微带矩形线(302)通过第二连接微带线(321)与输入微带线(31)连接；

所述第一微带矩形线(301)与第二微带矩形线(302)位于输入微带线(31)的远离输出微带线(32)一侧，并关于介质基板(1)的横向中线(L1)对称；

还包括一长枝节(33)，所述长枝节(33)位于介质基板(1)的横向中线(L1)上，一端与输入微带线(31)连接，另一端悬空位于第一微带矩形线(301)与第二微带矩形线(302)之间；

所述第三微带矩形线(303)通过第三连接微带线(331)与输入微带线(31)连接，第四微带矩形线(304)通过第四连接微带线(341)与输入微带线(31)连接；

所述第三微带矩形线(303)与第四微带矩形线(304)位于输入微带线(31)的靠近输出微带线(32)一侧，并关于介质基板(1)的横向中线(L1)对称；

所述第五微带矩形线(305)通过第五连接微带线(351)与输出微带线(32)连接，第六微带矩形线(306)通过第六连接微带线(361)与输出微带线(32)连接；

所述第五微带矩形线(305)与第六微带矩形线(306)关于介质基板(1)的横向中线(L1)对称，第五微带矩形线(305)与第三微带矩形线(303)关于输出微带线(32)与输入微带线(31)之间的中线(L3)对称；

还包括一短枝节(34)，所述短枝节(34)位于介质基板(1)的横向中线(L1)上，一端与输出微带线(32)连接，另一端悬空位于第五微带矩形线(305)与第六微带矩形线(306)之间；

还包括一U型微带线(35)，所述U型微带线(35)位于输出微带线(32)远离输入微带线(31)一侧，其开口朝向输出微带线(32)。

3.根据权利要求2所述的推-推型振荡器，其特征在于:

所述功率合成器(4)包括第一输入端口(41)、第二输入端口(42)和输出端口(43)，所述第一输入端口(41)与输出端口(43)之间通过第一阻抗变换线(401)相连，所述第二输入端口(42)与输出端口(43)之间通过第二阻抗变换线(402)相连；

所述第一输入端口(41)、第二输入端口(42)关于介质基板(1)的横向中线(L1)对称；

所述第一放大器输入输出匹配电路(5)与第二放大器输入输出匹配电路(6)分置于差分滤波器(3)两侧，并关于介质基板(1)的横向中线(L1)对称；

所述输出端口(43)位于靠近输入微带线(31)一侧的介质基板(1)上表面侧边中点上。

4.根据权利要求3所述的推-推型振荡器，其特征在于:

所述第一放大器输入输出匹配电路(5)包括第一微带线输入匹配电路(51)、第一微带线输出匹配电路(52)和第一场效应晶体管放大器(53)；

所述第二放大器输入输出匹配电路(6)包括第二微带线输入匹配电路(61)、第二微带线输出匹配电路(62)和第二场效应晶体管放大器(63)。

5.根据权利要求4所述的推-推型振荡器，其特征在于:

所述第一微带线输入匹配电路(51)包括第一集总电容(510)、第一50欧姆微带线(511)、第一微带线开路枝节(512)、第一微带扇形线(513)和第二50欧姆微带线(514)；

所述第一集总电容(510)一端与输出微带线(32)的一端相连，其另一端通过第一50欧姆微带线(511)与第一微带线开路枝节(512)的固定端相连，第一微带扇形线(513)的固定端通过第二50欧姆微带线(514)与第一场效应晶体管放大器(53)相连；

所述第一微带线输出匹配电路(52)包括第三50欧姆微带线(521)、第四50欧姆微带线(526)、第二微带线开路枝节(522)、第三微带线开路枝节(527)、第二微带扇形线(523)、第一T型节(524)以及第二集总电容(525)；

所述第一T型节(524)的输入端通过第三50欧姆微带线(521)与第一场效应晶体管放大器(53)相连，其第一输出端与第二集总电容(525)相连，所述第二集总电容(525)另一端与输入微带线(31)一端相连；所述第一T型节(524)的第二输出端通过第四50欧姆微带线(526)与第一输入端口(41)相连；所述第三微带线开路枝节(527)的固定端与第四50欧姆微带线(526)中部相连；所述第二微带线开路枝节(522)的固定端与第三50欧姆微带线(521)中部相连。

6.根据权利要求4所述的推-推型振荡器，其特征在于:

所述第二微带线输入匹配电路(61)包括第三集总电容(610)、第五50欧姆微带线(611)、第四微带线开路枝节(612)、第三微带扇形线(613)和第六50欧姆微带线(614)；

所述第三集总电容(610)一端与输出微带线(32)的另一端相连，其另一端通过第五50欧姆微带线(611)与第四微带线开路枝节(612)的固定端相连，第三微带扇形线(613)的固定端通过第六50欧姆微带线(614)与第二场效应晶体管放大器(63)相连；

所述第二微带线输出匹配电路(62)包括第七50欧姆微带线(621)、第八50欧姆微带线(626)、第五微带线开路枝节(622)、第六微带线开路枝节(627)、第四微带扇形线(623)、第二T型节(624)以及第四集总电容(625)；

所述第二T型节(624)的输入端通过第七50欧姆微带线(621)与第二场效应晶体管放大器(63)相连，其第一输出端与第四集总电容(625)相连，所述第四集总电容(625)另一端与输入微带线(31)另一端相连；所述第二T型节(624)的第二输出端通过第八50欧姆微带线(626)与第二输入端口(42)相连；所述第六微带线开路枝节(627)的固定端与第八50欧姆微带线(626)中部相连；所述第五微带线开路枝节(622)的固定端与第七50欧姆微带线(621)中部相连。