Zeng Yi, Yang Hao, Dai Zhiwei
(Laboratoire clé de l'Institut de microélectronique, l'Académie chinoise de la puce radiofréquence de communication de la prochaine génération de technologie de Beijing, Beijing 100029, Chine)
Basé sur la théorie de l'oscillation de résistance négative conçu un oscillateur à résistance négative bande X, l'oscillateur est conçu pour augmenter la productivité et renforcer la seconde suppression harmonique. Grâce à l'étude de la relation entre l'état de polarisation du transistor d'oscillateur efficacité de courant, sélectionner l'état de polarisation en courant continu approprié à améliorer l'efficacité de l'oscillateur. Le réseau d'adaptation de charge de sortie pour une durée de 1/8 de la longueur d'onde de fonctionnement de la ligne d'ouverture ou de sélectionner un condensateur de blocage approprié, supprimant efficacement la seconde harmonique. Les résultats expérimentaux montrent que l'oscillateur à résistance négative en bande X fréquence est 10,81 GHz, la puissance de sortie de 8,02 dBm, le second rejet harmonique est de 48 dBc, rendement de 45% de l'oscillateur, la déviation de fréquence d'oscillation de 100 kHz et 1 MHz à bruit de phase sont -91,90 dBc / Hz et -123,43 dBc / Hz. Les résultats expérimentaux démontrent l'efficacité du procédé de conception, l'oscillateur à résistance négative est conçu pour fournir une certaine valeur de référence.
oscillateur à résistance négative, l'efficacité, le deuxième suppression d'harmoniques, le bruit de phase, un réseau d'adaptation de sortie
Oscillateur d'un système de communication sans fil est un module de base, il est généralement appliqué à un système de boucle à verrouillage de phase, pour fournir un signal de porteuse local stable à l'émetteur-récepteur . Comment concevoir un faible bruit de phase , efficace , la suppression harmonique micro-ondes circuit oscillateur a fait l'objet de la recherche. oscillateur à micro-ondes planaires en raison de la fréquence de fonctionnement plus élevée, la ligne microruban et le réseau de résonance pour faire correspondre la taille est généralement faible, et a donc un coût compact, faible, et donc les chercheurs liés à la préoccupation. Les dispositifs actifs tels que des transistors bipolaires et des transistors à effet de champ, en tant que composant de base de l'oscillateur, par convenablement polarisées et fonctionnant dans une réaction positive instable de façon à générer la région de résistance négative, de sorte que l'alimentation en courant continu en une puissance de sortie RF. choisissez donc un faible bruit, un gain élevé et transistor à faible consommation de courant continu améliorera le bruit de phase, puissance de sortie et l'efficacité de l'oscillateur. signal de sortie d'oscillateur, en plus de la composante harmonique fondamentale comprend en outre une pluralité de fois, et tous de la seconde harmonique à la puissance maximale harmonique, et donc le plus grand effet sur l'oscillateur. Un transistor d'oscillateur a généralement un certain degré de suppression de la deuxième harmonique, mais l'effet de suppression est généralement loin d'être idéal.
Une efficacité élevée, la suppression du second aide d'oscillateurs harmoniques pour augmenter la durée de vie de la batterie dans un système de communication mobile et réduit les exigences pour le filtre d'étage suivant. Dans cet article, l'oscillateur deuxième harmonique de suppression et de la productivité, respectivement, la sélection rationnelle et la conception de l'état de polarisation en courant continu et les réseaux d'adaptation de sortie de transistor, les oscillateurs pour obtenir une efficacité élevée et une suppression d'harmoniques élevé seconde.
1.1 Analyse du principe de l'oscillateur à résistance négative
Un modèle de circuit de transistor d'oscillateur à double port typique représentée sur la figure 1. Dans l'oscillateur à transistor de résistance négative, on fait souvent appel à des transistors cascode de rétroaction positive ou cascode fonctionnent dans la région instable, et ensuite sélectionner le terminal de réseau approprié, tel que vu de l'entrée du transistor à la résistance négative est grande. l'impédance d'entrée Zin hypothèse du transistor aller:
Figure 1 Circuit oscillateur à double accès transistor
l'impédance du réseau résonant ZL est la suivante:
Dans lequel Rin est l'impédance d'entrée Zin du transistor de la partie réelle, Xin est la partie imaginaire de Zin, RL est un réseau de résonance de la partie réelle de l'impédance ZL, XL ZL de la partie imaginaire.
Dans l'application pratique, l'impédance du réseau de résonance ZL est généralement choisi doit satisfaire:
Lorsque l'oscillation est générée entre le réseau de résonance et le transistor, ainsi que dans le réseau d'adaptation de sortie d'oscillation .
1.2 Conception et simulation de l'oscillateur à résistance négative
la figure oscillateur à résistance négative de 2, le principe représenté sur la figure. Les transistors de sélection de CEL pour produire NE3514 de résistance négative, NE3514 le transistor HJFET (hétérojonction transistor à effet de champ) du transistor dans la condition DC typique de fonctionnement, le gain au voisinage de 11 GHz est supérieure à 12 dB, la valeur de bruit inférieure à 0,4 dB, donc adapté pour la conception de l'oscillateur de bruit de phase de faible efficacité. Utilisation de la structure de transistor à grille commune, une ligne microruban dans un paragraphe, et une grille de transistor condensateur Cg sol, il est impossible d'augmenter la stabilité. Charge borne de sortie 1/8 de la longueur d'onde de fonctionnement à part le mode d'adaptation d'itinéraire, le second harmonique peut être efficacement supprimée.
Figure 2 Schéma de l'oscillateur à résistance négative de
La formule (1) à (4), l'impédance du circuit résonnant doit être satisfaite:
1.2.1 Effet de la polarisation en courant continu sur l'efficacité de l'oscillateur
Tableau transistor lorsque la tension drain-source VDS = 2 V, l'efficacité du changement de l'oscillateur avec le comparateur de tension grille-source montré dans le tableau 1. On peut voir à partir de 1 Tableau, que la tension grille-source de la consommation d'énergie en courant continu de l'augmentation de l'oscillateur, mais la puissance de sortie RF et aucun changement important, résultant en une efficacité réduite.
Tableau transistor lorsque la tension grille-source VGS = -0,5 V, l'efficacité de l'oscillateur avec la comparaison de la variation de la tension drain-source montré dans le tableau 2. Peut être vu du tableau 2, le transistor VDS = 1,5 V et VDS = V 2 à rendement élevé, en tenant compte de la capacité parasite du circuit imprimé réelle et la perte de résistance, la puissance de sortie RF réelle sera plus petit que le résultat de la simulation, la puissance DC également entraîner une trop faible état de polarisation du transistor n'est pas facile à démarrer. Sur la base des considérations ci-dessus, le transistor papier d'état de polarisation en courant continu est choisi VGS = 0,5 V, VDS = 2 V.
1.2.2 procédé amélioré de suppression de la deuxième oscillateur harmonique
La figure 3 est une ligne de longueur d'onde de travail de chargement 1/8 en circuit ouvert diagramme de réseau d'adaptation de sortie, la figure 4 est un réseau d'adaptation de sortie à travers un condensateur de blocage pour le diagramme de charge. ADS logiciel de simulation en utilisant les paramètres S sont des résultats de simulation présentés sur la Fig.
3 sans condensateur de blocage de sortie de réseau d'adaptation schématique
condensateur de blocage de la figure 4 avec le réseau d'adaptation de sortie Schéma
5 voir d'après la Fig. 3 ligne en pointillés sur la figure chargement 1/8 longueur d'onde d'adaptation de sortie de travail de ligne en circuit ouvert second réseau de suppression d'harmoniques d'environ 15 dBc. L'analyse montre que 1/8 de la longueur d'onde correspond à un quart d'onde à part pour ouvrir les routes de l'itinéraire à la deuxième fréquence harmonique, à savoir un filtre passe-bande est équivalente à une masse, supprimant ainsi efficacement la seconde harmonique.
5 paramètres de simulation de charge S 1/8 de la longueur d'onde de fonctionnement du réseau d'adaptation de sortie
Blocage condensateur. La figure 4 en utilisant des modèles de simulation du site de Murata, la sélection d'une capacité différente, qui est obtenue à l'aide de la simulation ADS à la fréquence fondamentale et l'impédance au niveau du second harmonique, tel que représenté dans le tableau 3. Sélectionner la valeur d'impédance minimum de la fréquence fondamentale, la valeur d'impédance de la seconde harmonique à une capacité maximale de 0,5 pF en tant que condensateurs de sortie du séparateur. Un réseau d'adaptation de sortie par une ligne continue sur la Fig. 5 peut être obtenu avec le condensateur de blocage de la seconde harmonique peut être plus efficacement supprimée, de sorte que la suppression harmonique secondaire a atteint plus de 25 dBc. Analyse trouvée ici utilise condensateur de résonance à la fréquence fondamentale à partir du voisinage de la fréquence fondamentale avec pratiquement aucune perte d'énergie, et supérieure à la fréquence de résonance du condensateur, l'inductance parasite du condensateur joue un rôle majeur, son impédance augmente avec la fréquence augmente, de sorte que son impédance à la deuxième fréquence harmonique est grande, améliorant ainsi la seconde suppression d'harmoniques.
L'utilisation combinée de la simulation oscillateur harmonique résultats de simulation de l'équilibre ADS montré sur la figure 6, la fréquence d'oscillation de la simulation 10,97 GHz, la puissance de sortie de 8,685 dBm, le degré de suppression de la deuxième harmonique 46,187 dBc.
La figure 6 simulation de l'équilibre harmonique
2 Résultats essai et d'analyse
La figure 7 est un schéma pictural de l'oscillateur, la taille globale de la carte PCB est de 19 mm × 20 mm, les résultats d'essai sont présentés sur les figures 8 et 9..
La figure 7 FIG. Oscillateur à résistance négative physique
8 la fréquence d'oscillation et les résultats du deuxième rejet harmonique trouvés
(A) au départ de la fréquence d'oscillation du bruit de phase de 100 kHz
(B) la fréquence de 1 MHz décalé par rapport au bruit de phase de l'oscillation
9 Bruit de phase Trouvé
La tension de grille VGS appliquée = -0,5 V, le drain appliqué tension VDS = 2 V, le courant de fonctionnement mesuré de 7 mA. oscillateur à courant continu ne consomme que 14 mW. 8 peut être obtenu à partir de la fréquence d'oscillation de la figure 10,81 GHz, la puissance de sortie de 8,02 dBm, le second rejet harmonique est de 48 dBc, l'efficacité de l'oscillateur 45%.
La phase mesurée formule de spectre de bruit :
Dans lequel PN (Af) est décalé au bruit de phase (dBc / Hz), AP est la déviation à partir du rapport de la sortie d'oscillation valeur de puissance et une fréquence d'oscillation [Delta] f à la fréquence, la RBW est la largeur de bande de résolution, C un facteur de correction à l'analyseur de spectre, généralement pris comme 2,5 dB.
Les résultats d'essai en conjonction avec la Fig. 9 peuvent être considérés comme sortir du bruit de phase de la fréquence d'oscillation de 100 kHz et 1 MHz respectivement à -90,19 dBc / Hz et -123,43 dBc / Hz.
Le tableau 4 montre la référence de comparaison des performances dans le présent mémoire oscillateur de conception de l'oscillateur (Ref 2014-2015). Comme on le voit à partir des résultats de comparaison, en utilisant la méthode proposée dans cet article la conception de l'oscillateur a de grands avantages en matière d'efficacité et de suppression des deuxièmes termes harmoniques.
3 Conclusion
Basée sur la théorie des oscillations de résistance négative, l'outil de simulation ADS conçu un oscillateur-résistance négative bande X. L'oscillateur est conçu pour améliorer l'efficacité et l'angle de la seconde suppression d'harmoniques. Les résultats de la simulation de la relation entre la polarisation en tant que transistor d'oscillateur efficacité de courant, sélectionner l'état du transistor de polarisation en courant continu appropriée à améliorer sensiblement l'efficacité de l'oscillateur. Grâce à la structure de la conception rationnelle du réseau d'adaptation de sortie du transistor, trouver du travail de chargement 1/8 longueur d'onde réseau d'adaptation de sortie de ligne en circuit ouvert peut supprimer efficacement la seconde harmonique. Sélection d'un condensateur de blocage de sortie appropriée, la fréquence fondamentale en même temps veiller à ce que la puissance de sortie maximum peut être encore renforcée deuxième suppression d'harmoniques. Les résultats expérimentaux finaux démontrent l'efficacité de la méthode ci-dessus, une efficacité élevée, la suppression de la seconde haute conception de l'oscillateur harmonique fournit un bon guidage.
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