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TechnicalFeature 技术特写

光电振荡器：近期发展及新兴趋势

Optoelectronic Oscillators: Recent and Emerging Trends

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Afshin S. Daryoush, Ajay Poddar, Tianchi Sun and Ulrich L. Rohde 2
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Drexel University, Philadelphia, Pa.
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Synergy Microwave Corp., Patterson, N.J.
高稳定性的振荡器是许多重要应用中的关键器件，在这些应用中，使用合成处理提高
检测性能。光电振荡器（OEO）在微波和毫米波频段展现出的低相位噪声使其在合成孔径
雷达、空间通信、导航和气象应用方面十分具有吸引力，这一特点对于使用10GHz以上频
率的通信运营商也具有吸引力，因为运营商们需要高速的数据传输率。传统的OEO有很大
的问题，如大量的分布密集的振荡模式、大的尺寸及热迁移，这都是人们不期望存在的。
据报道，X波段和K波段的OEO合成器采用了一种最新技术，合并使用新颖的自注入锁定
技术和双自相位锁定。这项技术减小了近距离和远距离条件下载波的相位噪声，同时抑制
了标准OEO中观察到的旁瓣。例如，工作于X波段（8-12GHz）和K波段（16-24GHz）的
频率合成器，在载波10KHz偏移处一般分别具有优于-138和-128dBc/Hz的相位噪声表现。
为5G应用开发的一种完全集成的强制可调的低相位噪声OEO，具有小的尺寸和功率补偿，
并且对环境具有低敏感度以及低成本的特点。

电 子振荡器在低频段可以产生低相位噪声信 但这样也存在由于AM-PM噪声转换和次谐波生
成引起的高相位噪声问题。许多不同类型的谐
号，但在高频段会有相位噪声简并的问
题，这主要是由于使用了低Q值的谐振器。传 振器都可用于电子振荡器的电路中，如利用表
统的高频信号产生方法是使用频率倍增技术， 面声波谐振器实现的印制耦合传输线谐振器、
介质谐振器、陶瓷同轴谐振器、钇铁石榴石
Möbius
Loops （YIG）谐振器和蓝宝石腔（SLC）谐振器。
Resonator 它们各自具有不同的特点及不足。通常工作在
500MHz到20GHz频率范围，然而，随着频率
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的增加它们的Q值会减小，并受限于f*Q<10 。
SLC做成的振荡器可以提供低相位噪声信号，但
Tuning 其调节能力十分受限，还需要精确的低温冷却
Diodes 系统，这将使得器件成本变高。
(a) 新型技术聚焦于微波和毫米波应用中的超
材料谐振器振荡器。许多想要提高超材料谐振
L __ L __
2 2C g 2C g 2 器振荡器相位噪声性能和调节范围的工作激发
了对用于高频信号产生和信号处理的莫比乌斯
拓扑结构的研究。图1给出了经典的印制莫比
乌斯超材料带线（MMS）谐振器的设计，以及
C

C C L C

(b)
图1：典型的超材料莫比乌斯带线谐振器：版图 图2：为用MMS激励的振荡器实现的10.24GHz
（a）和集总电路模型（b）。 合成器搭建的相位噪声测量平台。

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