本发明属于振荡器技术领域，特别是一种基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器。
背景技术：
微波频率源一直是通信系统中必不可少的一部分，为雷达和无线系统提供稳定的频率输入，而振荡器又是微波频率源的核心。随着通信技术的迅速发展，对振荡器提出的要求越来越高，更多形式的振荡器被设计出来以满足各种不同的使用条件，推-推型振荡器就是其中一种。推-推振荡器能有效拓展振荡器的工作频率，基于基波和奇次谐波抵消、偶次谐波叠加的原理，使输出频率按倍数增长，因此推-推型振荡器设计在二分频处，该处谐振器的q值也相对较高，且推-推原理下的振荡器相对于直接使用倍频器倍频的振荡器具有更优越的相位噪声，这两种原因都在某种程度上改善了相位噪声性能。
传统的推-推振荡器多使用反相器来实现两个子振荡器的相位反向，但这大大降低两个子振荡器环路的对称性，进而会恶化奇次谐波的抑制度和二次谐波的合成度，也难以做到同步调节两路基波信号频率，以实现压控振荡器的功能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供了一种基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，包括siw差分滤波器、第一变容二极管组、第二变容二极管组、第一子振荡器、第二子振荡器和siw功率合成器；所述第一变容二极管组和第二变容二极管组耦合于siw差分滤波器内；所述siw差分滤波器的第一端口和第二端口分别与第一子振荡器的两端相连，所述siw差分滤波器的第三端口和第四端口分别与第二子振荡器的两端相连；所述第一子振荡器、第二子振荡器均与siw功率合成器相连；所述siw功率合成器的输出端口作为推-推型压控振荡器输出端口，其中，所述第一端口与第三端口、第二端口与第四端口互为差分端口。
优选地，所述第一子振荡器包括依次连接的第一耦合微带线、第一定向耦合器、第一晶体管输出匹配电路、第一晶体管、第一晶体管输入匹配电路、第二耦合微带线、第一微带线，所述第一定向耦合器的耦合输出端口与第三耦合微带线连接，第三耦合微带线后依次连接第一振荡器输出匹配电路、siw功率合成器的第一输入端口；所述第一晶体管输出端与第一直流偏置电路连接，输入端与第二直流偏置电路连接；所述第一晶体管栅极处连接第一稳定性控制电路。
优选地，所述第一耦合微带线、第二耦合微带线和第三耦合微带线均为两条平行高阻微带线。
优选的，所述第一直流偏置电路和第二直流偏置电路均为扇形微带线结构。
优选地，所述第一定向耦合器为四端口定向耦合器，包括信号输入端口、直通输出端口、耦合输出端口和隔离断口，所述信号输入端口与第一晶体管输出匹配电路相连，直通输出端口与第一耦合微带线相连，隔离断口直接接地，耦合输出端口与siw差分滤波器的第一端口连接。
优选地，所述第二子振荡器与第一子振荡器结构相同，且关于siw差分滤波器中心对称。
优选地，所述siw差分滤波器包括矩形贴片、设置在矩形贴片中心的矩形开槽、第一源负载耦合线组、第二源负载耦合线组、第一焊盘和第二焊盘；所述第一源负载耦合线组、第二源负载耦合线组分别设置在第三端口和第四端口之间，第一端口和第二端口之间，所述第一源负载耦合线组、第二源负载耦合线组均由两段直角型微带线组成，四段直角型微带线分别与一个端口一一对应连接；第一焊盘和第二焊盘位于同一侧，用于放置变容二极管组。
优选地，所述siw功率合成器包括t型结构的基片集成波导，三个由微带渐变线过渡结构组成的第一输入端口、第二输入端口、输出端口设置在中心由金属通孔形成的感性柱。
优选地，第一子振荡器和第二子振荡器的中心振荡频点设计为siw差分滤波器qsc峰值处。
优选地，所述siw差分滤波器、第一变容二极管组、第二变容二极管组、第一子振荡器、第二子振荡器和siw功率合成器均贴覆于介质基板的上表面的表面导体层上，基片集成波导通过在介质基板上设金属通孔实现。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明使用差分滤波器作为推-推型振荡器共用选频网络，大大提高了电路的对称性，从而加强基波抑制度，提高二次谐波输出功率；(2)本发明使用了基片集成波导(siw)结构的滤波器和功率合成器，提高其抗干扰能力，减小其体积；(3)本发明基于复数品质因素(qsc)原理，提高振荡频点处qsc值，进而优化振荡器总相噪；(4)本发明将变容二极管耦合于siw差分滤波器中，通过改变变容二极管两端电压调节滤波器中心频率，从而改变振荡器振荡频点，实现电压调谐的功能。
下面结合附图对本发明进行较为详细的描述。
附图说明
图1是基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器的原理框图。
图2是基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器的两个完全对称的子振荡器原理图。
图3是基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器的介质基板结构图。
图4是基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器的siw差分滤波器结构图。
图5是基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器的siw功率合成器的结构图。
图6是基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器的定向耦合器的结构图。
图7是基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器的输出端口处的频谱测试图。
图8是基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器的调谐频率范围和输出功率图。
具体实施方式
如图1～3和图6所示，一种基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，包括siw差分滤波器1、第一变容二极管组2-1、第二变容二极管组2-2、第一子振荡器3-1、第二子振荡器3-2和siw功率合成器4，均贴覆于介质基板18的上表面的表面导体层18-1上，通过在介质基板18上打一系列的金属通孔18-4实现基片集成波导；所述介质基板18的下表面为公共接地层18-2，金属通孔18-3位于介质基板18中，且连接表面导体层18-1和公共接地层18-2；所述介质基板的相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm。
所述第一变容二极管组2-1和第二变容二极管组2-2耦合于siw差分滤波器1内；所述siw差分滤波器1的第一端口1-1和第二端口1-2分别与第一子振荡器3-1的两端相连，所述siw差分滤波器1的第三端口1-3和第四端口1-4分别与第二子振荡器3-2的两端相连；所述第一子振荡器3-1第二子振荡器3-2均与siw功率合成器4相连；所述siw功率合成器4的输出端口作为推-推型压控振荡器输出端口，其中，所述第一端口1-1与第三端口1-3、第二端口1-2与第四端口1-4互为差分端口；
所述第一子振荡器3-1包括依次连接的第一耦合微带线6-1、第一定向耦合器5-1、第一晶体管输出匹配电路9-1、第一晶体管11-1、第一晶体管输入匹配电路12-1、第二耦合微带线15-1、第一微带线16-1，其中，所述第一定向耦合器5-1的耦合输出端口5-5与第三耦合微带线8-1连接，第三耦合微带线8-1后依次连接第一振荡器输出匹配电路7-1、siw功率合成器4的第一输入端口4-1；所述第一晶体管11-1输出端连第一直流偏置电路10-1供正电，输入端连第二直流偏置电路12-1供负电；所述第一晶体管11-1栅极处连接第一稳定性控制电路14-1；所述第二子振荡器3-2与第一子振荡器3-1完全一致，关于siw差分滤波器1中心对称。所述第一子振荡器3-1和第二子振荡器3-2的结构可以任意替换，只需满足振荡器起振条件，应当指出，这些更改应视为本发明的保护范围。
进一步的实施例中，所述第一耦合微带线6-1、第二耦合微带线15-1和第三耦合微带线8-1均为两条平行高阻微带线。
进一步的实施例中，所述第一直流偏置电路10-1和第二直流偏置电路12-1均为扇形微带线结构。
所述siw差分滤波器4采用单一siw腔体结构，在差模响应下，te102和te201模式得到激励，同时抑制共模响应。如图4所示，siw差分滤波器4各端口宽度均为1.56mm，中心区域引入一段矩形开槽1-5，长6.4mm，宽0.8mm，此矩形开槽可以将腔内简并模的谐振频率分开，分别形成te102和te201模，因此在通带内会产生两个极点，对角线端放置了第一源负载耦合线组1-9和第二源负载耦合线组1-10，源负载耦合线为直角型，一个直角边长18.22mm，另一个长11.3mm，较长的直角边与siw差分滤波器1各端口连接，用于抑制te302模。第一变容二极管组2-1和第二变容二极管组2-2耦合于第一焊盘1-6和第二焊盘1-7处，通过改变加载在变容二极管组的端电压，可以分别灵活的控制te102和te201模式的中心频率，从而改变最终输出频率，实现压控振荡器的功能。
如图5所示，siw功率合成器4包括了一个t型结构的基片集成波导、三个由微带渐变线过渡结构组成的第一输入端口4-1、第二输入端口4-2、输出端口4-3和中心的金属过孔18-3形成的感性柱4-4，感性柱4-4为一个直径为2.2mm的金属过孔，所述第一输入端口4-1、第二输入端口4-2分别与第一子振荡器3-1、第二子振荡器3-2连接，所述输出端口4-3作为推-推型压控振荡器输出端口。该siw功率合成器可以有效提高基波抑制度，并增加两个基波振荡器的隔离度，整个siw功率合成器的参数由图5给出。
在本发明中，如图2所示，通过将siw差分滤波器作为两个子振荡器的共用选频网络，直接产生两路基波相位相反的信号，大大提升了电路的对称性，从而提升基波和奇次谐波抑制度与偶次谐波输出功率。其原理在于该siw差分滤波器拥有较高的共模抑制度，所以共模信号被抑制，差模信号正常输出，最终得到两组基波相位相反的信号，送入功率合成器中进行合成，就可以抵消基波和奇次谐波，增大偶次谐波输出。又由复数品质因素原理可知谐振器群延时峰值越大，其q值越高，相应的振荡器相位噪声特性越好，鉴于q值不易于仿真计算，引入复数品质因素qsc的概念，其不仅可以直接求的，也可以改善相位噪声特性，本实施列对应的中心振荡器频率就是位于siw差分滤波器的qsc峰值处，因此具有较低的相位噪声。
本发明的测试频谱图如图7所示，此时为单频点输出，变容二极管两端电压为12v，振荡器振荡在13.628ghz处，基波输出功率为-45.33dbm，二次谐波功率为-13.17dbm，基波抑制度达到了-32dbc，在偏离载波1m处的相位噪声为-126.87dbc/hz。调节变容二极管两端电压得到其频率和功率变化图如图8所示，可以看到，调谐电压从1.6v至12v逐渐升高时，推-推型压控振荡器输出频率从低频13.484ghz处往高频13.628ghz移动，可调谐带宽为144mhz，同时二次谐波输出功率随电压升高相应也在增大，功率范围为-19.83dbm至-13.17dbm，而基波输出功率为-45.33db至-41.17dbm，实现电压调谐的功能。
综上所述，本发明基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，在传统推-推型振荡器的基础上，使用siw差分滤波器作为其共用选频网络提高基波抑制度和相位噪声，并在siw差分滤波器中耦合变容二极管，使振荡器可以进行电压调谐，大大提升了推-推型振荡器的使用价值，非常适用于现代无线通信系统。本发明具有功耗低、基波抑制度高、相位噪声低、品质因素高、可调带宽宽的优点。
1.一种基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，包括siw差分滤波器(1)、第一变容二极管组(2-1)、第二变容二极管组(2-2)、第一子振荡器(3-1)、第二子振荡器(3-2)和siw功率合成器(4)；所述第一变容二极管组(2-1)和第二变容二极管组(2-2)耦合于siw差分滤波器(1)内；所述siw差分滤波器(1)的第一端口(1-1)和第二端口(1-2)分别与第一子振荡器(3-1)的两端相连，所述siw差分滤波器(1)的第三端口(1-3)和第四端口(1-4)分别与第二子振荡器(3-2)的两端相连；所述第一子振荡器(3-1)、第二子振荡器(3-2)均与siw功率合成器(4)相连；所述siw功率合成器(4)的输出端口作为推-推型压控振荡器输出端口，其中，所述第一端口(1-1)与第三端口(1-3)、第二端口(1-2)与第四端口(1-4)互为差分端口。
2.根据权利要求1所述的基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，所述第一子振荡器(3-1)包括依次连接的第一耦合微带线(6-1)、第一定向耦合器(5-1)、第一晶体管输出匹配电路(9-1)、第一晶体管(11-1)、第一晶体管输入匹配电路(12-1)、第二耦合微带线(15-1)、第一微带线(16-1)，所述第一定向耦合器(5-1)的耦合输出端口(5-5)与第三耦合微带线(8-1)连接，第三耦合微带线(8-1)后依次连接第一振荡器输出匹配电路(7-1)、siw功率合成器(4)的第一输入端口(4-1)；所述第一晶体管(11-1)输出端与第一直流偏置电路(10-1)连接，输入端与第二直流偏置电路(12-1)连接；所述第一晶体管(11-1)栅极处连接第一稳定性控制电路(14-1)。
3.根据权利要求2所述的基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，所述第一耦合微带线(6-1)、第二耦合微带线(15-1)和第三耦合微带线(8-1)均为两条平行高阻微带线。
4.根据权利要求2所述的基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，所述第一直流偏置电路(10-1)和第二直流偏置电路(12-1)均为扇形微带线结构。
5.根据权利要求2所述的基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，所述第一定向耦合器(5-1)为四端口定向耦合器，包括信号输入端口、直通输出端口、耦合输出端口和隔离端口，所述信号输入端口与第一晶体管输出匹配电路(9-1)相连，直通输出端口与第一耦合微带线(6-1)相连，隔离断口(5-6)直接接地，耦合输出端口与siw差分滤波器(1)的第一端口(1-1)连接。
6.根据权利要求1～5任一所述的基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，所述第二子振荡器(3-2)与第一子振荡器(3-1)结构相同，且关于siw差分滤波器(1)中心对称。
7.根据权利要求1所述基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，所述siw差分滤波器(1)包括矩形贴片、设置在矩形贴片中心的矩形开槽(1-5)、第一源负载耦合线组(1-9)、第二源负载耦合线组(1-10)、第一焊盘(1-6)和第二焊盘(1-7)；所述第一源负载耦合线组(1-9)、第二源负载耦合线组(1-10)分别设置在第三端口(1-3)和第四端口(1-4)之间，第一端口(1-1)和第二端口(1-2)之间，所述第一源负载耦合线组(1-9)、第二源负载耦合线组(1-10)均由两段直角型微带线组成，四段直角型微带线分别与一个端口一一对应连接；第一焊盘(1-6)和第二焊盘(1-7)位于同一侧，用于放置变容二极管组。
8.根据权利要求1所述基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，所述siw功率合成器(4)包括t型结构的基片集成波导，三个由微带渐变线过渡结构组成的第一输入端口(4-1)、第二输入端口(4-2)、输出端口(4-3)设置在中心由金属通孔(18-3)形成的感性柱(4-4)。
9.根据权利要求1所述基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，第一子振荡器(3-1)和第二子振荡器(3-2)的中心振荡频点设计为siw差分滤波器(1)qsc峰值处。
10.根据权利要求1所述的基于siw差分滤波器的推-推型压控振荡器，其特征在于，所述siw差分滤波器(1)、第一变容二极管组(2-1)、第二变容二极管组(2-2)、第一子振荡器(3-1)、第二子振荡器(3-2)和siw功率合成器(4)均贴覆于介质基板(18)的上表面的表面导体层(18-1)上，基片集成波导通过在介质基板(18)上设金属通孔(18-4)实现。
技术总结