一种四端口选频网络及其构造的微波振荡器的制作方法

本发明属于通信，具体涉及一种四端口选频网络及其构造的微波振荡器。

背景技术：

1、近年来，随着个人移动通讯、军工设备的飞速发展，微波和无线市场倍受关注。微波振荡器是频率产生源不可或缺的组成部分，作为锁相环、频率综合和时钟恢复等电路的关键模块，广泛用于手机、卫星通讯终端、机制、雷达、导弹制导系统、军事通信系统、数字无线通信、光学多工器、光发射机等电子系统中。微波振荡器作为各种频率源的参考源和产生时间频率基准的关键器件，其相位噪声越来越成为限制各种电路与系统性能的一个关键因素，对电子系统的性能、尺寸、重量和成本都有着决定性的影响，是微波电路设计与集成的一个难点。因此，研究具有低相位噪声微波振荡器具有极其重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有微波振荡器的相位噪声较差的不足，提供了一种四端口选频网络及其构造的微波振荡器。选频网络为四端口网络，两两对称的四个端口网络可以抑制共模噪声；实现了在低插损与高群时延之间的性能折中，且基于该选频网络的微波振荡器具有低相位噪声、高功率输出等优点。

2、为了实现上述目的，采用的技术方案为：

3、一方面，本发明提出了一种四端口选频网络，包括网络结构相同的第一端口网络、第三端口网络、第三端口网络和第四端口网络，第一端口网络与第三端口网络关于第一对称轴对称，第二端口网络、第四端口网络关于第一对称轴对称，第一端口网络与第二端口网络关于第二对称轴对称，第三端口网络与第四端口网络关于第二对称轴对称，第一对称轴和第二对称轴垂直相交，每个端口网络的网络结构均包括：通过缝隙平行耦合的端口耦合单元和第一谐振单元，第一端口网络的端口耦合单元与第二端口网络的端口耦合单元进行平行耦合，第一端口网络的第一谐振单元一端与第三端口网络的第一谐振单元一端连接，第一端口网络和第三端口网络的第一谐振单元的另一端均开路，第三端口网络的端口耦合单元与第四端口网络的端口耦合单元进行平行耦合，第二端口网络的第一谐振单元一端与第四端口网络的第一谐振单元一端连接，第二端口网络和第四端口网络的第一谐振单元的另一端均开路。

4、具体地，所述端口耦合单元包括：第一微带线节、第二微带线节、第三微带线节、第一平行耦合微带线节、第二平行耦合微带线节，所述第一微带线节的一端作为第一端口网络的连接端口，第一微带线节的另一端与第一平行耦合微带线节的一端连接，第一平行耦合微带线节的另一端与第二微带线节的一端连接，第二微带线节的另一端连接第二平行耦合微带线节的一端，第二平行耦合微带线节的另一端连接第三微带线节的一端，第三微带线节的另一端开路，第二平行耦合微带线节与所述第一谐振单元通过缝隙平行耦合，第一端口网络的第一平行耦合微带线节与第二端口网络的第一平行耦合微带线节平行耦合，第三端口网络的第一平行耦合微带线节与第四端口网络的第一平行耦合微带线节平行耦合。

5、在一种具体的实施方案中，所述第一谐振单元包括第四微带线节、第三平行耦合微带线节、第四平行耦合微带线节、中间平行耦合微带线节；第三平行耦合微带线节与第二平行耦合微带线节通过缝隙平行耦合，第三平行耦合线节的一端开路，另一端连接第四微带线节的一端，第四微带线节的另一端连接第四平行耦合微带线节的一端，第四平行耦合微带线节的另一端连接中间平行耦合微带线节的一端，第一端口网络的中间平行耦合微带线节与第三端口网络的中间平行耦合微带线节连接为一条与第二对称轴平行的第一中间微带线节，第二端口网络的中间平行耦合微带线节与第四端口网络的中间平行耦合微带线节连接为一条与第一中间微带线节平行的第二中间微带线节，第一连接微带线节和第二连接微带线节平行耦合。

6、在一种具体的实施方案中，每个端口网络的网络结构还包括第二谐振单元，第二谐振单元包括：第五微带线节、第六微带线节、第五平行耦合微带线节和金属化通孔，第五微带线节一端通过金属化通孔接地，另一端连接第五平行耦合微带线节的一端，第五平行耦合微带线节的另一端连接第六微带线节的一端，第五平行耦合微带线节与第四平行耦合微带线节进行平行耦合，第一端口网络的第六微带线节与第二端口网络的第六微带线节连接，第三端口网络的第六微带线节与第四端口网络的第六微带线节连接。

7、在一种具体的实施方案中，所述第一端口网络的第二谐振单元与第二端口网络的第二谐振单元组成一个两端均短路的第一均匀阻抗谐振器，所述第三端口网络的第二谐振单元与第四端口网络的第二谐振单元组成一个两端均短路的第二均匀阻抗谐振器，第一均匀阻抗谐振器与第二均匀阻抗谐振器关于第一对称轴对称。

8、在一种具体的实施方案中，所述第二微带线节、第三平行耦合微带线节、第二平行耦合微带线节、第三微带线节均为l型结构，所述第五微带线节为弯折形状。

9、在一种具体的实施方案中，所述四端口选频网络在中心频率为2.0 ghz时，该四端口选频网络的各结构参数值分别为： l0=36.94mm， l1=5.03mm， l2=6.70mm， l3=12.28mm， l4=2.90mm， l5=8.88mm， w0= w1=0.81mm， w2=1.06mm， w3=1.50mm， g1=1.48mm， g2=0.34mm， g3=1.53mm， s1=0.53mm， s2=1.50mm； l0表示第一均匀阻抗谐振器的微带线节总长度， l1表示第一连接微带线节的微带线节总长度， l2表示第四微带线节和第四平行耦合微带线节的微带线节总长度， l3表示第三平行耦合微带线节与第二对称轴平行的微带线节长度， l4表示第三平行耦合微带线节与第一对称轴平行的微带线节长度， l5表示第三微带线节与第二对称轴平行的微带线节长度， w0表示第一均匀阻抗谐振器的线宽， w1表示第三平行耦合微带线节的线宽， w2表示第二微带线节的线宽， w3表示第三微带线节的线宽， g1表示第一连接微带线节与第二连接微带线节耦合的缝隙宽度， g2表示第二平行耦合微带线节与第三平行耦合微带线节耦合的缝隙宽度， g3表示第一端口网络的第一平行耦合微带线节与第二端口网络的第一平行耦合微带线节耦合的缝隙宽度， s1表示第四平行耦合微带线节与第五平行耦合微带线节之间的缝隙宽度， s2表示第三平行耦合微带线节与第五微带线节之间的缝隙宽度。

10、在一种具体的实施方案中，所述四端口选频网络的整体面积为41.51mm×23.70mm，整个网络的尺寸为： 0.1584，λg表示选频网络中心频率处的波导波长。

11、第二方面，本发明基于第一方面的四端口选频网络，构造了一种微波振荡器，微波振荡器包括四端口选频网络、关于第一对称轴对称的第一振荡单元和第二振荡单元，每个振荡单元均包括低噪声放大器、输入匹配网络、输出匹配网络、t型节、第一相位补偿线、第二相位补偿线和输出端口，低噪声放大器两端分别连接输入匹配网络的一端和输出匹配网络的一端，输出匹配网络另一端连接t型节第一个端口，输入匹配网络另一端连接第一相位补偿线一端，第二相位补偿线一端连接t型节第二个端口，t型节的第三个端口连接输出端口进行信号输出，第一相位补偿线另一端连接四端口选频网络中任意一个端口网络的连接端口，第二相位补偿线另一端连接四端口选频网络中任意一个端口网络的连接端口，其中，第一相位补偿线连接的端口网络与第二相位补偿线连接的端口网络为关于第二对称轴对称的两个端口网络。

12、在一种具体的实施方案中，所述第一振荡单元的输出端口和第二振荡单元的输出端口的输出信号相位相反。

13、本发明所述选频结构的有益效果是：

14、本发明的选频网络为四端口网络，且四个端口网络的网络结构相同，两两对称，形成有源负载耦合的四端口选频结构，且四个端口网络关于第一对称轴和第二对称轴两两对称，第一对称轴和第二对称轴垂直相交，每个端口网络的网络结构均包括通过缝隙平行耦合的端口耦合单元和第一谐振单元，关于第二对称轴对称的两个端口网络通过端口耦合单元进行耦合，由此，四个端口网络的对称设置能够对共模信号产生抑制作用，从而降低电路外部的共模噪声，同时，具有较低的电磁干扰和较强的抗环境噪声能力。

15、本发明基于四端口选频网络构造出的微波振荡器，具有更高的线性度和更强的抗干扰能力；由于选频网络的四端口对称设置，使得微波振荡器的两路输出信号能实现180°相位反向；微波振荡器能更加稳定地输出信号，使得两路输出信号能实现相位反向，具有优秀的相位噪声性能。