Ku波段介质振荡器设计：三维仿真与负阻理论应用

"Ku波段介质振荡器(DRO)的研制实例涉及了使用三维场仿真技术设计12.75GHz的GaAs MESFET介质稳频振荡器，利用负阻理论和谐波平衡法进行优化。设计过程中，作者们依托Agilent公司的ADS软件进行非线性分析，确保了振荡器性能的精确评估。该方法提高了设计的准确性，减少了传统的反复调试实验。" Ku波段介质振荡器(DRO)是微波毫米波系统中的关键组件，因其低相噪、高频率稳定性和简洁的结构而受到广泛应用。在传统的设计方法中，介质谐振器(DR)通常是通过理论计算，随后转换为等效电路进行近似仿真和实验调试。然而，在这个实例中，卢士强和杨国渝采用三维场精确仿真技术，直接计算DR及其与微带线耦合的三维场，这一创新大大提升了设计的精确度。 设计过程中，首先选择适合的GaAs MESFET并确定合适的电路拓扑，通常选择共漏或共源结构，有时也会根据具体需求选择共栅电路。接着，通过添加正反馈或负反馈网络，确保FET工作在不稳定区域，满足栅极反射系数ГIN>1的条件。然后，调节输出匹配电路，确保从栅极看向器件和负载的等效电阻为负阻，满足振荡器稳定条件。在这些基础步骤完成后，利用FET的小信号S参数进行设计，进入大信号S参数仿真阶段。 在大信号S参数仿真阶段， ADS软件的谐波平衡法发挥了关键作用。这一步骤包括对相噪、功率和工作频率点的优化，确保了振荡器的整体性能。通过这种方式，不仅能够提升振荡器的性能，还能够减少实验调试次数，提高设计效率。 介质谐振器(DR)的三维仿真部分，是整个设计的核心。DR作为频率选择元件，其性能直接影响振荡器的频率稳定性和输出质量。通过三维仿真，可以精确地模拟DR内部及与微带线耦合的电磁场分布，从而获得更精确的谐振频率和Q值，进一步优化振荡器的性能。 Ku波段介质振荡器(DRO)的研制实例展示了现代微波电路设计的先进方法，结合了理论计算、高级仿真软件和优化技术，实现了高效、精确的微波频率源设计。这种方法对于提升毫米波系统性能、降低研发成本具有重要意义。