一种基于增强群时延滤波技术的5G低相位噪声振荡器

一种基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器
技术领域
1.本发明涉及微波振荡器技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器。


背景技术：

2.5g通信系统对传输速率及信号质量提出了更高的要求。振荡器是产生射频信号的重要部件，通常作为频率源使用于微波通信系统，因此振荡器在微波通信系统中起着至关重要的作用。相位噪声是用来描述信号的频率稳定度的重要指标，器件与环境等产生的flick噪声、热噪声等，都会对相位噪声产生负面影响。因此在输出功率、起振频率、直流转换效率、频率稳定度、相位噪声等指标中，相位噪声是其中对性能影响较大的一个。振荡器的选频部件的q值和群时延是相位噪声主要的影响因素。
3.传统结构的振荡器的体积较大、相位噪声高、输出功率低。在5g通信系统应用时，达不到系统对频率源的性能要求，有可能干扰系统的正常工作。基片集成同轴线(substrate integrated coaxial line，sicl)技术是一种将传统意义上的同轴线进行平面化的技术。sicl由印刷同轴结构所组成，结合了同轴线和平面传输线的优点。与传统同轴线一样，sicl具有q值高、损耗小、尺寸小、成本低等优点。采用sicl可实现基于增强群时延滤波技术的低相位噪声振荡器，以满足5g通信系统的应用。


技术实现要素：

4.根据上述提出传统振荡器在5g通信系统应用时，达不到系统对频率源的性能要求，干扰系统正常工作的技术问题，提供一种基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器。本发明通过引入基于基片集成同轴线的山字形谐振器和l形枝节的滤波技术实现了高选择性和高群时延，提高了振荡器的相位噪声性能。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器，包括：上层介质基板、顶部金属贴片、下层介质基板、振荡电路、滤波结构短路针、放大电路短路针、金属地板和电源滤波短路针；
7.顶部金属贴片设置在上层介质基板的上表面；振荡电路设置在下层介质基板的上表面；
8.振荡电路包括山字形谐振器、双l形耦合馈线、ul形耦合馈线、射频信号输出微带线、u形相位调节线、放大电路、直流电源滤波电路、隔直电容c1和隔直电容c2；
9.山字形谐振器包括输入耦合线、输出耦合线和山字形带条；输入耦合线与山字形带条相连接，并与双l形耦合馈线产生电磁耦合；输出耦合线与山字形带条相连接，并与ul形耦合馈线产生电磁耦合；
10.双l形耦合馈线包括l形枝节ⅰ和l形耦合馈线；ul形耦合馈线包括l形枝节ⅱ和非对称u形耦合馈线；
11.u形相位调节线一端与双l形耦合馈线相连接，另一端与隔直电容c1相连接；射频信号输出微带线接于u形相位调节线与双l形耦合馈线的连接处；
12.放大电路包括三级管放大芯片、三极管接地焊盘ⅰ、三极管接地焊盘ⅱ、偏置电阻r1、偏置电阻r2和偏置电阻r3；放大电路的一端通过隔直电容c1与u形相位调节线相连接，放大电路的另一端通过隔直电容c2与ul形耦合馈线相连接；三极管接地焊盘ⅰ和三极管接地焊盘ⅱ通过放大电路短路针与金属地板相连接；
13.直流电源滤波电路一端与放大电路相连接，另一端与恒压电源相连接；直流电源滤波电路包括滤波电容c3、滤波电容c4、滤波电容c5、滤波电容c6、接地带条和电源输入带条；接地带条通过电源滤波短路针与金属地板相连接；
14.滤波结构短路针从上至下依次贯穿上层介质基板和下层介质基板，并将顶部金属贴片和金属地板连接起来；
15.进一步地，所述上层介质基板和下层介质基板紧密贴合，并且通过滤波结构短路针将上层介质板与下层介质板固定连接。
16.进一步地，所述滤波结构短路针包括u形短路针组合、h形短路针组合i、h形短路针组合ii和折线形短路针组合；h形短路针组合i和h形短路针组合ii对称设置在上层介质基板的垂直中心线两侧。
17.进一步地，所述山字形谐振器、所述双l形耦合馈线和所述ul形耦合馈线的尺寸均可调整，通过调整所述山字形谐振器、所述双l形耦合馈线和所述ul形耦合馈线的尺寸，调节滤波结构的中心频率。
18.进一步地，所述山字形谐振器和所述u形相位调节线的尺寸均可调整，通过调整所述山字形谐振器和所述u形相位调节线的尺寸，调节振荡器的起振频率。
19.进一步地，所述l形枝节和所述山字形带条的尺寸均可调整，通过改变所述l形枝节和所述山字形带条的尺寸，调节滤波结构中各传输零点的位置。
20.进一步地，通过改变所述l形枝节和所述山字形带条的尺寸，还能调节滤波结构的群时延。
21.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.1、本发明提供的基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器，其滤波结构通过山字形谐振器和l形枝节在滤波通带的上下边缘引入了传输零点，并实现了传输零点位置和群时延的调节功能。
23.2、本发明提供的基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器，通过引入基于基片集成同轴线的山字形谐振器和l形枝节的滤波技术实现了高选择性和高群时延，提高了振荡器的相位噪声性能。
24.3、本发明提供的基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器，其双层介质基板紧密贴合，减小了5g振荡器的剖面；还具有结构紧凑、体积小、重量轻、极低的相位噪声、良好的谐波抑制等优点，非常适合我国5g通信系统的应用。
25.基于上述理由本发明可在微波振荡器等领域广泛推广。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器的结构分解图。
28.图2为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器的振荡电路示意图。
29.图3为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器的滤波结构短路针示意图。
30.图4为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器滤波结构的s参数。
31.图5为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器滤波结构的群时延。
32.图6为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器的谐波频率和输出功率。
33.图7为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器的相位噪声参数。
34.图中：1、上层介质基板；2、顶部金属贴片；3、下层介质基板；4、振荡电路；41、山字形谐振器；411、输入耦合线；412、输出耦合线、413、山字形带条；42、双l形耦合馈线；421、l形枝节ⅰ；422、l形耦合馈线；43、ul形耦合馈线；431、l形枝节ⅱ；432、非对称u形耦合馈线；44、射频信号输出微带线；45、u形相位调节线；46、放大电路；461、三级管放大芯片；462、三极管接地焊盘ⅰ；463、三极管接地焊盘ⅱ；464、偏置电阻r1；465、偏置电阻r2；466、偏置电阻r3；47、直流电源滤波电路；471、滤波电容c3；472、滤波电容c4；473、滤波电容c5；474、滤波电容c6；475、接地带条；476、电源输入带条；48、隔直电容c1；49、隔直电容c2；5、滤波结构短路针；6、放大电路短路针；7、金属地板；8、电源滤波短路针。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方
法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
40.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
41.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
42.如图1所示，本发明提供了一种基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器，包括：上层介质基板1、顶部金属贴片2、下层介质基板3、振荡电路4、滤波结构短路针5、放大电路短路针6、金属地板7和电源滤波短路针8；其中：
43.顶部金属贴片2设置在上层介质基板1的上表面；振荡电路4设置在下层介质基板3的上表面；滤波结构短路针5从上至下依次贯穿上层介质基板1和下层介质基板3，并将顶部金属贴片2和金属地板7连接起来。
44.如图2所示，振荡电路4包括山字形谐振器41、双l形耦合馈线42、ul形耦合馈线43、射频信号输出微带线44、u形相位调节线45、放大电路46、直流电源滤波电路47、隔直电容c1 48和隔直电容c2 49；
45.继续参见图2，山字形谐振器41包括输入耦合线411、输出耦合线412和山字形带条413；输入耦合线411与山字形带条413相连接，并与双l形耦合馈线42产生电磁耦合；输出耦合线412与山字形带条413相连接，并与ul形耦合馈线43产生电磁耦合；
46.继续参见图2，双l形耦合馈线42包括l形枝节ⅰ421和l形耦合馈线422；ul形耦合馈线43包括l形枝节ⅱ431和非对称u形耦合馈线432；
47.继续参见图2，u形相位调节线45一端与双l形耦合馈线42相连接，另一端与隔直电容c1 48相连接；射频信号输出微带线44接于u形相位调节线45与双l形耦合馈线42的连接处；
48.继续参见图2，放大电路46包括三级管放大芯片461、三极管接地焊盘ⅰ462、三极管
接地焊盘ⅱ463、偏置电阻r1 464、偏置电阻r2 465和偏置电阻r3 466；放大电路46的一端通过隔直电容c1 48与u形相位调节线45相连接，放大电路46的另一端通过隔直电容c2 49与ul形耦合馈线43相连接；三极管接地焊盘ⅰ462和三极管接地焊盘ⅱ463通过放大电路短路针6与金属地板7相连接；
49.继续参见图2，直流电源滤波电路47一端与放大电路46相连接，另一端与恒压电源相连接；直流电源滤波电路47包括滤波电容c3 471、滤波电容c4 472、滤波电容c5 473、滤波电容c6 474、接地带条475和电源输入带条476；接地带条475通过电源滤波短路针8与金属地板7相连接；
50.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图1所示，所述上层介质基板1和下层介质基板3紧密贴合，并且通过滤波结构短路针5将上层介质板1与下层介质板3固定连接。
51.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图3所示，所述滤波结构短路针5包括u形短路针组合51、h形短路针组合i52、h形短路针组合ii53和折线形短路针组合54；h形短路针组合i52和h形短路针组合ii53对称设置在上层介质基板1的垂直中心线两侧。
52.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述l形枝节421和所述山字形带条413的尺寸均可调整，通过改变所述l形枝节421和所述山字形带条413的尺寸，调节滤波结构中各传输零点的位置。如图4所示，为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器滤波结构的s参数。从图4可以看到，滤波结构通带附近|s
21
|有两个传输零点，分别位于3.25ghz和3.4ghz频率处，提高了滤波性能；在中心频率3.33ghz处|s
21
|为-0.93db，中心频率附近|s
21
|变化较平坦；|s
11
|在3.34～3.42ghz频率范围内都小于-15db。说明本发明提供的滤波结构具有良好输入阻抗匹配、平坦通带和高选择性的特点。
53.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，通过改变所述l形枝节421和所述山字形带条413的尺寸，还能调节滤波结构的群时延。如图5所示，为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器滤波结构的群时延。从图5可以看到，在3.4ghz附近获得最大群时延5.83ns。说明本发明提供的滤波结构具有较高的群时延。
54.具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述山字形谐振器41、所述双l形耦合馈线42和所述ul形耦合馈线43的尺寸均可调整，通过调整所述山字形谐振器41、所述双l形耦合馈线42和所述ul形耦合馈线43的尺寸，调节滤波结构的中心频率。所述山字形谐振器41和所述u形相位调节线45的尺寸均可调整，通过调整所述山字形谐振器41和所述u形相位调节线45的尺寸，调节振荡器的起振频率。如图6所示，为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器的谐波频率和输出功率；从图6可以看到，起振频率为3.4ghz，输出功率为3.395dbm；二次谐波频率为6.8ghz，输出功率为-12.348dbm；三次谐波频率为10.2ghz，输出功率为-41.245dbm。说明本发明提供的振荡器的二次谐波和三次谐波等高次谐波得到了良好的抑制。如图7所示，为本发明基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器的相位噪声参数；从图7可以看到，频率偏移1mhz的相位噪声为-131.621dbc/hz，频率偏移2mhz的相位噪声为-137.972dbc/hz，频率偏移3mhz的相位噪声为-141.605dbc/hz，说明本发明提供的振荡器具有极低的相位噪声。
55.综上所述，本发明提供了一种基于增强群时延滤波技术的5g低相位噪声振荡器，通过引入基于基片集成同轴线的山字形谐振器和l形枝节的滤波技术实现了高选择性和高群时延，通过使用增强群时延滤波结构作为振荡器的选频结构，提高了振荡器的相位噪声
性能；双层介质基板紧密贴合，减小了5g振荡器的剖面；此外，还具有结构紧凑、体积小、重量轻、极低的相位噪声、良好的谐波抑制等优点，非常适合我国5g通信系统的应用。
56.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。