4 设计方案[1-6]

根据设计要求，经多种方案比较，最后采用了锁相介质振荡器电路的方案。其组成主要由参考源、PDRO（锁相介质振荡器）、1:4功分放大和电源四部分构成，如图3。工作原理，参考源产生的102MHz信号与PDRO中介质振荡器产生的微波信号取样锁相使PDRO输出信号锁定在2856MHz。PDRO输出的信号经1：4功分放大输出。

图 3 电路框图

4.1 介质振荡器

介质振荡器是用低损耗、高介电常数的介质材料做成的谐振器，介质与微带线耦合，组成一个高Q值的谐振电路,具有尖锐的频率选择特性。同时在介质振荡器的带宽很窄（被设计为0.3%~0.5%）在其压控范围内只有一个频点是参考源频率的整倍数，介质振荡器只能锁定在设计的频点上。所以介质振荡器的相位噪声优于其它形式的振荡器。介质振荡器具有体积小、Q值高、频率范围大（可达毫米波段）、在高低温下频率的稳定性好等优点，在微波电路中得到广泛的应用。 PDRO（锁相介质振荡器）的原理如图4。

图 4 PDRO 原理图
 

AMP(微波放大单元)，VCC（+12电源）,REFMON（参考频率）

4.2 脉冲倍频锁相环电路

脉冲倍频锁相环电路的工作原理如图5，工作过程是102MHz参考源经过脉冲形成电路，产生一个102MHz整数倍谐波的尖脉冲序列。在鉴相器中VCO频率2856MHz和102MHz的28倍谐波进行比相，通过锁相环路将VCO的频率锁定在2856MHz上。与倍频链技术相比脉冲倍频锁相环技术中采用了取样鉴相器在取样脉冲尖峰时对VCO输出的高频信号进行取样，得到的控制用信号经环路滤波器滤除高频分量后，经运算放大器放大输出直流信号控制VCO的输出信号频率，从而使VCO输出频率直接锁定在参考频率的高次谐波上。与数字分频锁相技术相比消除了数字分频噪声基底的影响，相位噪声明显优于数字分频锁相，是相位噪声接近理论值。

图5 脉冲倍频锁相环电路的工作原理

5 相位噪声实际测量与分析

在实际测量中采用Agilent公司的4440E频谱仪。在单边带相位噪声测量中，由于频谱仪通常使用功率电平（单位dBm）进行，这样根据公式（1.1）进行变换，转换为对数形式：

式（1）中L（ƒ0）代表频率源功率电平，L（ƒoff）代表的是频偏ƒoff处归一化到1Hz等效噪声带宽内使用有效值检波器获得的噪声功率电平。测试结果如图6和图7，微波源的相位噪声如下：
-105 dBc/Hz@1KHz；
-110 dBc/Hz@10KHz；
-110 dBc/Hz@20KHz；
-113 dBc/Hz@100KHz；
-135 dBc/Hz@1MHz；

杂波抑制：-80 dBc

输出频率：2856MHz

输出功率：
1端口、2端口输出功率≥100mW(20dBm)；
3端口、4端口输出功率≥20mW(13dBm)。