[发明专利]一种基于同轴介质谐振腔的振荡器及设计方法

权利要求书

1.一种基于同轴介质谐振腔的振荡器，其特征在于，其包括调谐网络、晶体管网络和终端网络；所述调谐网络内设有同轴介质谐振腔，所述同轴谐振腔为稳频元件；所述晶体管网络分别与所述调谐网络和所述终端网络连接；所述调谐网络用于调节电路的振荡频率和相噪指标；所述晶体管网络用于调整负阻所在频率范围及负阻的幅值大小；所述终端网络为π型网络或T型网络，其用于实现输出匹配及谐波抑制；

所述调谐网络包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第二电感、第三电感、第五电感、第六电感、谐振腔、第七电容、第八电容和第一电源；所述第一二极管的负极、所述第二二极管的负极和所述第二电感的一端相互连接；所述第五电感的一端分别与所述第二二极管的正极和所述第三二极管的正极连接；所述第三电感的一端分别与所述第三二极管的负极和所述第四二极管的负极连接；所述第六电感的一端分别与所述第四二极管的正极和所述第七电容的一端连接；所述第七电容的另一端、所述谐振腔的一端和所述第八电容的一端相互连接；所述第二电感的另一端和所述第三电感的另一端均与第一电源连接；所述第一二极管的负极、所述第五电感的另一端、所述第六电感的另一端和所述谐振腔的另一端均接地。

2.如权利要求1所述的基于同轴介质谐振腔的振荡器，其特征在于，所述谐振腔为四分之一谐振波长型谐振腔或二分之一谐振波长型谐振腔。

3.如权利要求1所述的基于同轴介质谐振腔的振荡器，其特征在于，所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管、所述第四二极管均为变容二极管。

4.如权利要求1所述的基于同轴介质谐振腔的振荡器，其特征在于，所述晶体管网络包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第三电容、第六电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、晶体管、第七电感和第二电源；所述晶体管的基极、所述第十一电容的一端、所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端、所述第九电容的一端相互连接；所述第九电容的另一端与所述调谐网络连接；所述第一电阻的另一端与所述第二电源连接；所述第十一电容的另一端、所述晶体管的发射极、所述第十二电容的一端、所述第七电感的一端相互连接；所述第三电阻的一端与所述第七电感的另一端连接；所述第三电容的一端、所述晶体管的集电极、所述第十电容的一端和所述第一电阻的另一端相互连接；所述第六电容的一端与所述第三电容的另一端连接；所述第二电阻的另一端、所述第三电阻的另一端、所述第六电容的另一端、所述第十电容的另一端、所述第十二电容的另一端均接地。

5.如权利要求1所述的基于同轴介质谐振腔的振荡器，其特征在于，所述终端网络包括第四电容、第五电容和第四电感；所述第四电容的一端分别与所述第六电容的一端和所述第三电容的另一端连接；所述第四电感的一端分别与所述第四电容的另一端和所述第五电容的一端连接；所述第四电感的另一端接地；所述第五电容的另一端作为输出端。

6.如权利要求1至5任一项所述的基于同轴介质谐振腔的振荡器的设计方法，其特征在于，在设计时，利用负阻原理将振荡器变为一个双端口网络，且需要满足以下条件：

A、存在不稳定的有源器件；

B、所述晶体管网络左端、右端满足一下条件；

Γ_in*Γ_S＝1

Γ_out*Γ_T＝1

由于输入、输出端口连接的均是无源终端，Γ_S与Γ_T均小于1，则Γ_in与Γ_out大于1；选择合适的负载阻抗Z_s使之与Z_in匹配，满足R_L＝-R_in/3，X_L＝-X_in；

其中，Γ_S为所述调谐网络的反射系数，Γ_in为所述晶体管网络的输入反射系数；Γ_out为所述晶体管网络的输出反射系数；Γ_T为所述终端网络的反射系数；Z_s为所述调谐网络的源阻抗；Z_in为所述晶体管网络的输入阻抗。

7.如权利要求6所述的基于同轴介质谐振腔的振荡器的设计方法，其特征在于，所述振荡器双端口的负载振荡电路的设计步骤如下：

A、选择在振荡频率下能够处于非稳定状态的晶体管；

B、设计所述终端网络使得输入端口的电压反射系数大于1，引入反馈的方法提供输入端口的电压反射系数；

C、设计所述晶体管网络使其能与等效单端口晶体管网络Z_in满足振荡条件，选择合适的负载网络以获得最大的功率输出。