论文总字数：23081字

摘 要

Abstract 2

第一章 绪论 3

1.1微波的特点 3

1.2振荡器简介 3

1.3本文的主要研究工作 4

第二章 基片集成波导 5

2.1基片集成波导简介 5

2.2基片集成波导研究方法 6

2.3基片集成波导与其他电路之间的耦合结构 7

第三章 有源谐振器的设计和优化方法 9

第四章 振荡器基本理论 11

4.1 振荡器的基本模型 11

4.2反馈振荡器 12

4.3 负阻振荡器 13

4.4 高频振荡电路 13

第五章 基片集成波导谐振腔的设计与仿真 15

5.1矩形波导谐振腔 15

5.2基片集成波导谐振腔参数计算 17

5.3基片集成波导谐振腔与微带线的耦合 17

5.4 基片集成波导谐振腔 19

第六章 振荡器电路的设计与仿真 21

6.1放大器直流偏置电路 21

6.2有源谐振器 21

6.3基于无源谐振器的微波振荡器 25

6.4基于有源谐振器的微波振荡器 31

结论 36

致谢 37

参考文献 38

基于有源谐振器的微波振荡器设计

学生：姚家玮（04011637）

指导教师：张雷

摘 要

本文设计并仿真了一个基于有源基片集成波导谐振器的微波振荡器，作为对比，同时设计了一个基于无源基片集成波导谐振腔的振荡器。最后仿真结果显示，基于无源谐振器的振荡器的振荡频率为12.92GHz，距中心频率100kHz处相位噪声为-116.0dBc/Hz，基于有源谐振器的振荡器的振荡频率为12.83GHz，距中心频率100kHz处相位噪声为-127.5dBc/Hz。

本文的研究对象为基于有源谐振器的微波振荡器。首先阐述了基片集成波导（SIW）的结构、主要研究方法以及SIW谐振腔与微带线的耦合方式，然后设计并仿真了一个SIW谐振器并与微带线进行耦合，得到了介质基片上的电场、磁场分布、谐振腔的S参数以及此无源谐振器的品质因数。接下来介绍了有源谐振器的设计和优化方法，设计并仿真了一个有源谐振器并得到了此有源谐振器的品质因数。接下来介绍了振荡器设计的基本理论，然后分别设计并仿真了基于无源谐振器和有源谐振器的振荡器。

关键词：微波振荡器，有源谐振器，基片集成波导

The Design of Microwave Oscillator based on active resonator

Bachelor Candidate: YAO JIAWEI (04011637)

Supervisor: ZHANG LEI

Abstract

In this thesis, a microwave oscillator based on active substrate integrated waveguide (SIW) resonant is designed and simulated, at the same time an oscilator based on passive SIW resonant is designed and simulated as a comparison. The simulate result shows that the ocsillator with passive resonator oscillates at 12.92GHz and a phase noise of -116dBc/Hz at 100kHz offset from the carrier, and the ocsillator with active resonator oscillates at 12.83GHz and a phase noise of -127dBc/Hz at 100kHz offset from the carrier.

Taking the microwave oscillator based on a avtive resonator as the research object, this thesis introduces the structure and the analysis method of SIW, and then introduces the coupling structure between SlW and microstrip line. Based on what refers above, a SIW resonant cavity and the coupling structure between it and microstrip lines are designed and simulated. Therefore, electromagnetic field distribution in the cavity and S parameter are obtained，and accordingly,the resonator’s quality factor is figured out. Then the method of designing and implementationing high-Q SIW active resonator(AR) is introduced, based on which an AR is designed and simulated. Subsequently, basic theory of oscillator is analyzed. Finally, microwave oscillators with active SIW resonator and passive SIW resonator is designed and simulated.

KEY WORDS: Microwave oscillator , active resonator, Substrate Integrated Waveguide

第一章 绪论

1.1微波的特点

微波（Microwave）波段在超短波和红外线中间，微波在无线电波中频率最高，微波的频率范围从300MHz（波长1m）到3000GHz（波长0.1mm），根据需要，我们使用拉丁字母来表示更细的分波段，详细分段情况见下面这张表格

电路的工作频率较低时，电路器件的尺寸相对于工作波长来说非常短，电路两端基本没有相位差，此时电路可看作由集总参数电路组成；而微波则由于其波长与电路电气器件的实际尺寸相当，电路中的电压和电流是时间的函数并且与器件的几何尺寸和空间位置有关，必须将其看作分布参数元件进行研究分析。

微波具有以下特点：1.波长短，传播时的特性类似于光，有碰到金属等材料会发生反射、在大气中沿直线传播并且可以集束成很窄的一条等几个特点；2.频带宽，因为微波的频率很高，是红外波段一下频率最高的，微波的带宽很宽，可以更有效地携带信息；3.穿透性，微波可以穿透大气中的水汽，受到的天气影响较小[1]。

1.2振荡器简介

振荡器可以产生周期性的电子讯号，振荡器组成的电路叫振荡电路，这种电路可以把直流电流转化为具有一定频率的交变电流信号，并将其输出以供其他电子器件使用。振荡器在现代通信系统中占有重要的地位，高性能的振荡器可以产生高频谱纯度、高频率稳定度、低相位噪声的高频电子信号，是信号源的核心部件。同时，为了便于大规模生产与应用，振荡器的结构不能太复杂太精密，生产成本不能过高。

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