介质谐振器振荡器介质谐振器和介质材料

介质谐振器的特性参数(DR)介质谐振器是用特定的陶瓷材料制成的,表面上看很像一块光滑的小石头,人为的做成立方体、圆柱体、球形及圆筒形等。由于它可作为微波谐振腔来应用,所以近年来得到迅速的发展。它的实际应用,导致了微波源新的高技术领域的出现和发展 。

DR等效于一个微波谐振电路,在电路中用作选频、滤波元件。就其应用看,可从以下特性参数来表征它的性能.

1.品质因数Q值。它等于损耗角正切值的倒数。目前适用范围在5000~20000之间。2.谐振频率的温度系数r。它包含两个部分,一个是介电常数的温度系数rt,另一个是DR的热膨胀系数:r。3.相对介电常数。r。适用范围为20~90。不同的应用,对于介质的三项参数Q,ɑ,ɛ。,的要求也不同。欲得到满意的小型源,就要对Q,ɑ,ɛ适当选择,研制出合适的DR,这就必然在介质材料方面进行选择。通常,可适当选择不同的陶瓷材料,调配成多种成分的复合陶瓷材料而达到目的.限制参数,缺一不可。例如金红石相ITOZ,在4GH:频率下Q值高达10000 。r=100,此两项参数值是能满足一般应用要求的。但是它的频率温度系数r`二40oPPM/℃,如果温度是50℃,频率的绝对漂移80MH:,这样大的频漂对大多数场合是不适用的 。

.22介质材料及当前的水平多年来,经过人们不断努力研究,开发出了性能优良的介质材料,从1936年至60年代是取得初步成果的阶段。60年代末至80年代初,材料开发有了比较大的进展,许多性能优良的适用材料被研究出来,推动了DRO的发展。近十几年来,已研制出多种复合陶瓷材料,都具有优良的介质特性、很好的微波应用性能,将微波频段的应用范围扩展为l一50GH:或更宽些。如合成钙钦矿混合材料,常用分子式为:A[B`,/3B,`2/3〕03;式中A~Ba,Br;B,=Zn,Mg,Co,Ni;B'`-Ta,Nb,这些组分的合成材料具有优良的特性。。r=20~40,在10GH:下的空载Q。=10000,温度系数r`可通过掺进一些成分而改变 。

现在实际应用的DR,已覆盖2~50GH:的宽频率范围,随着最新研制的尺寸适宜的同轴筒状DR的出现,使频率又向下端扩展大约500MH2。向使用频率的低端扩展,将使DR的尺寸越来越大(除非出现新的高性能、高。r的材料),从而失去使用的意义(因为使用DR就是为了达到小型化高性能)。向覆盖频率的高端扩展将导致DR的Q值锐减到不能允许的程度,失去使用意义。其次,由放DR的体积随之变小,将导致与电路之间失去有效的祸合。除非有新材料出现,否则这两项就是向频率高端扩展难以跨越的限制。DR在电气性能上大致和高Q金属腔体相当,但在同一频率下的体积比金属腔小得多(线尺寸缩小√ɛ倍),这是DRo微波源小型化优越条件之一。具有适用。r的DR,总要存在一定的辐射损耗,适当的屏蔽可相对的减少损耗且必不可少,这意味着相应地提高了Q值。刚好,使用DR构成集成的振荡器,必有一个封装机壳,其机壳正好可作为屏蔽盒 。

DRO 选用 Infineon 的 CFY25 场效应管 ,是一种中功率输出的砷化镓场效应管 。其具有相位噪声低 、在设计的振荡器频率上易于起振 、性能良好 、同时购买方便等优点 ,适合作为本课题的有源器件 。根据仿真结果 制作的 8. 95 GH z 与两根微带线耦合的并联谐振的介质谐振器,以及将介质谐振器并联有源器件的栅极和漏极之间。

在 DRO 电路调试过程中 , 调试时先不放人介质块 ,振荡源通电后 ,加上盖板 ,形成封闭的腔体应该没有功率输出 ,如有功率输出 ,说明振荡源存在寄生振荡 ,应该设法抑制消除。放入介质块并调整其位置以获得最佳耦合 ,这时振荡源应工作正常 , 调谐盘在400 M H z范围内应没有调模现象 。调整介质块与微带线之间耦合度β1 和 β2 , 是振荡器的输出功率和相位噪声尽量满足设计指标 。最后 , 用微波胶将介质块粘牢 。由于振荡器振荡频率易受负载牵引比较明显 ,为了适应不同负载的变化 , 经常要加一级缓冲放大器使振荡器与负载隔开 , 这样也能进一步提高功率- 频率性能 。设计缓冲放大器采用富士通的 FLK017 场效应管 ,选定管子后先对其进行直流仿真分析 , 基于 FLK017 在ADS 元件库中晶体管模型没有 ADS 仿真软件中提供一种三端口的 S 参数模型。可以直接将所需要的直流工作点的 S参数导入 ,需要注意的是厂家提供的 S2P。件中的 S 参数值是默认发射极接地的情况 , 因此仿真电路中的第三个端口接地  。

在 BA 电路调试过程中 ,起初 ,在所要的频点上 ,功率输出 - 5 dBm , 放大器变成衰减器 。在调试过程中 ,输出 、输入 SM A 口特别敏感 , 可能是安装人为误差影响比较大 , 重新将电路卸载 , 再安装后 , 输出功率到+4 dBm 。为获得最大功率输出 , 对输出 、输入匹配电路以及敏感部位进行调试 。使输出功率达到 8 dBm ,完成设计的目标  。

介质振荡器具有性能优良 、电路结构简单固定 、调试量小 、谐振器的场分析简单 、高频寄生参量少 、温度适应性好等优点 。通过进一步的优化电路仿真 ,对所需的频率电路结构固定 。可实现批量生产 , 扩大应用范围 。因此有很好的工程应用价值 。另外 ,再优化设计电路可以进一步减小电路尺寸 ,缓放可以代替隔离器 , 将介质振荡器后一级加缓放设计在同一个电路板上 ,并在 MM IC 中有很好的应用前景 。