W波段毫米波振荡器及SIW基谐振腔设计

论文摘要

毫米波振荡源是毫米波系统的核心,是雷达、通信、电子对抗等毫米波系统的关键部件。在毫米波系统日益追求小型化、轻量化的今天,毫米波振荡器的体积、重量面临新的要求,同时又需要保证较大的输出功率、较宽的调谐频带、良好的相位噪声以及利于系统集成。根据国内现有的工艺和器件条件,在W频段,采用SIW基的平面混合集成振荡器是一种良好的电路形式。基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,简称SIW）是一种近年内出现的新型微波传输结构,可以广泛地应用于微波及毫米波电路中.它综合了矩形波导和微带线的一系列优点:和传统的矩形波导一样集成波导具有较高的品质因数和很小的辐射损耗;而它又和微带线一样具有体积小、重量轻、容易加工和集成等优点。基片集成波导的基本概念是利用基片的上下金属板和两排间隔一定距离的金属孔构成波导的金属壁,由于每排金属孔孔间距远小于波长,因此由缝隙泄漏的能量很小,这相当于内部填充了介质的矩形波导,所以能够用矩形普通波导实现的结构也都可以用基片集成波导来实现,比如功分器、滤波器、天线、耦合器、振荡器等。本文首先综述了国内外W频段平面集成振荡器的发展动态,对可用的有源器件进行分析,结合国内目前的工艺水平,选择耿氏管作为振荡器的半导体有源器件,设计了一个微带线谐振器平面结构式W波段毫米波振荡器,数值仿真了振荡器各电路单元及系统性能,制作出W波段毫米波振荡器,对其进行了实验研究,测量得到振荡器输出频率94.35GHz,输出功率-9dBm。针对微带谐振器Q值低的缺点,提出了基于SIW实现低损耗高Q值毫米波振荡器的思想,在全面分析了SIW中电磁传播特性等基本理论后,设计出一个高Q值的W波段毫米波SIW圆形谐振器结构,进一步设计出一种新型的基于SIW的W波段毫米波振荡器,并仿真出振荡器的电气性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 毫米波的特点
• 1.2 毫米波信号源
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 振荡器基本理论
• 2.1 Gunn 式二极管
• 2.1.1 负电子迁移率耿氏管工作原理
• 2.1.2 体效应器件的偶极畴与振荡原理
• 2.1.3 耿氏管的等效电路
• 2.2 振荡器的分类
• 2.3 振荡原理
• 2.3.1 反馈振荡器
• 2.3.2 负阻振荡器
• 第三章 W 波段毫米波振荡器的设计及仿真
• 3.1 电路结构
• 3.2 微带谐振器设计
• 3.3 直流偏置电路设计
• 3.4 微带-波导转接器设计
• 3.5 W 波段毫米波振荡器性能仿真
• 第四章 W 波段毫米波振荡器实验研究
• 4.1 W 波段毫米波振荡器的加工与制作
• 4.2 W 波段毫米波振荡器的实验研究
• 第五章 基片集成波导中电磁特性分析
• 5.1 基片集成波导中电磁传输特性
• 5.1.1 工作模式
• 5.1.2 散射特性
• 5.1.3 等效宽度及衰减常数
• 5.2 基片集成波导-微带线转接结构
• 第六章 W 波段毫米波SIW 谐振器设计
• 6.1 SIW 谐振器设计
• 6.1.1 谐振模式
• 6.1.2 谐振频率
• 6.1.3 谐振模式的Q 值
• 6.1.4 三个常用模式圆柱形腔
• 6.2 W 波段毫米波SIW 谐振器性能仿真
• 第七章 基于SIW 谐振器的W 波段毫米波振荡器设计
• 7.1 振荡器电路
• 7.2 振荡器性能仿真
• 第八章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果