介质稳频振荡器的设计 - Ku波段双馈源高频头的设计

　　介质稳频振荡器是利用微波介质谐振器做为高Q腔对FET振荡器进行稳频的振荡器。近年来，用作介质谐振器的低损耗材料有了非常大的进步，介质谐振器Q值已接近金属空腔谐振器，而且它的温度系数可以利用不同的材料配方来控制，以使其达到和FET电路相互补偿的作用，因此可以获得很高的频率稳定度。而且它的体积小、重量轻，容易和微带电路部件集成使用。我们设计的介质稳频振荡器采用的电路形式是反馈式的电路，用的是微波砷化镓场效应管做为振荡管，介质振荡器用做高Q稳频腔，这种的设计方案其主要优点是一次产生主振功率，没有低于主振频率的分谐波干扰，而且体积小、结构简单、功耗低、元气件数量少、可靠性高。

　　介质振荡器的基本原理是在不加介质谐振器时，FET电路是微波放大器的工作状态，此时没有振荡，为获得自激振荡，把介质谐振器放置在输出微带线和输入微带线之间，通过磁场耦合把输出功率的一部分反馈到栅极，当反馈相位和反馈功率合适时将产生振荡。介质谐振器相当于窄带带通滤波器，在介质谐振器的中心频率上，反馈最强，相位合适。改变栅极和漏极微带线的夹角和介质的位置将同时改变反馈相位和功率，需反复凑试才能获得最佳结构位置。

　　振荡器的设计包括输出匹配电路和输入匹配电路，介质谐振器与微带线耦合以及到FET的距离L等。我们通过ADS软件仿真，做试验，反复仿真、做试验验证，最后达到的介质稳频振荡器的主要设计指标如下：

　　①本脉振标称频率：

　　10.75GHz±1MHz

　　②本振稳定度：

　　10.75GHz±2MHz

　　(一40℃—+60℃)

　　③本振相位噪声：

　　≥60dB(@/1KHz)

　　≥85dB(@/10KHz)

　　≥lOOdB(@/100KHz)

　　④一本振泄露电平：

　　≤一50dBmw

　　4馈源设计

　　按照Ku波段一体化高频头的要求，需要将反射面天线的馈源与下变频器设计成一体，下行信号被天线馈源接收后通过波导同轴变换直接送入下变频器，完成频率转换。设计中天线馈源使用圆锥波纹喇叭，采用变槽深、槽宽的宽带技术，使之在带宽为1.05GHz的信号频带宽内拥有良好的VSWR和辐射特性。HI SS仿真设计的结果见图1、2、3。

　　由于卫星高频头工作于室外，其工作温度范围应达到一40?C～60℃，相对湿度应满足10%--100%，馈源口应做密水处理。

　　产品创新性、先进性

　　1. 腔体的双馈源设计

　　根据客户的要求，他们需要同时接收两颗卫星上的信号。针对客户的特殊要求，在产品方案的设计中我们采用了双馈源的设计方案来实现同时接收两颗星的信号，利用反射面天线偏焦馈电技术实现两个夹角有一定度数的波束。.(分别用—个馈源接收一颗卫星上的信号)。在设计过程中需要重点解决两颗卫星信号波束相互干扰等问题。

　　2. 低噪声

　　使用Microwave office和ADS进行仿真和优化，设计的Ku波段高频头的总噪声系数NF≤0.8dB。

　　3. 功耗低

　　高频头的未来发展趋势之一是低功耗，在输入电压为l3/18V的情况下，我们研发的Ku双馈源高频头由于采用集成度高，低电流的管子，使其整机的供电电流Imax<120mA。

　　4. 新颖性

　　该产品由四创公司独立自主研发，从腔体和馈源口的设计、方案选择、电路设计、元器件的选用、PCB板制作和产品外观的设计上，在国内外市场上尚无雷同产品，其新颖独特的外型必将受到广大客户的认同。

　　5. 利润高

　　设计中我们大量采用国产和***的元器件，严格控制产品的成本。产品的材料成本小于5美金，而在国外市场该产品的售价约为10美金左右。利润空间较大。

　　6.可靠性好

　　由于卫星高频头为室外使用产品，工作环境恶劣，对产品的可靠性指标有很高的要求。为确保产品的稳定性，在设计确认过程中我们完成了以下试验：

　　(1)24小时浸水试验——未发现渗漏现象：

　　(2)—40 ℃和60 ℃连续拷机l 2个小时——本振稳定在f0±1.5MHz内.无自激现象：

　　(2) 室外通电连续工作30个工作日——性能指标正常。无异常现象出现。

　　通过以上的实验检验了产品在客户端的使用可靠性。

　　总结

　　通过我们十几年在高频头行业的技术、生产、市场等各方沉淀，形成的对高频头产品的深刻见解，以客户实际使用为客观条件，成功开发了一款Ku波段双馈源卫星高频头，实现了设计指标。通过与国际市场上同类产品相比，我们研发的双馈源Ku高频头在噪声系数、本振稳定度、增益平坦度等主要性能指标上，拥有明显的性能指标优势，是一款优良的高性价比的Ku波段下变频器。产品目前在国内技术上处于领先地位，在国际上也是很右竞争优势的产品。