Design of a Low Phase Noise Vt-DRO Based on Improvement of Dielectric Resonator Coupling Structure

In this paper, we present a Vt-DRO with a low phase noise, which is achieved by improving the coupling structure between the dielectric resonator and microstrip line. The Vt-DRO is a closed-loop type and is composed of 3 blocks; dielectric resonator, phase shifter, and amplifier. We propose a mathematical estimation method of phase noise, using the group delay of the resonator. By modifying the coupling structure between the dielectric resonator and microstrip line, we achieved a group delay of 53 nsec. For convenience of measurement, wafer probes were inserted at each stage to measure the S-parameters of each block. The measured S-parameter of the Vt-DRO satisfies the open-loop oscillation condition. The Vt-DRO was implemented by connecting the input and output of the designed open-loop to form a closed-loop. As a result, the phase noise of the Vt-DRO was measured as -132.7 dBc/Hz(@ 100 kHz offset frequency), which approximates the predicted result at the center frequency of 5.3 GHz. The tuning-range of the Vt-DRO is about 5 MHz for tuning voltage of 0~10 V and the power is 4.5 dBm. PFTN-FOM is -31 dBm.

유전체 공진기 결합 구조 개선을 통한 저위상 잡음 전압 제어 유전체 공진기 발진기 설계

본 논문에서는 유전체 공진기와 마이크로스트립 라인 간의 결합 구조를 개선시켜 저위상 잡음을 갖는 전압제어 유전체 공진기 발진기(Vt-DRO: Voltage-tuned Dielectric Resonator Oscillator)를 설계, 제작하였다. 설계된 발진기는 유전체 공진기, 위상천이기, 증폭기로 구성된다. 발진기의 위상 잡음은 공진기의 군지연과 밀접하게 관계되며, 이러한 관계를 수식적으로 도출하고, 이를 예측하는 방법을 제안하였다. 유전체 공진기와 마이크로스트립 라인간의 결합 구조를 조정하여 약 53 nsec의 높은 군지연을 갖도록 설계하였다. 각 부의 측정은 측정의 편의성을 위해 웨이퍼 프로브를 이용하였으며, 이를 위하여 각 부의 입출력 포트를 CPW(Coplanar Waveguide)로 설계하였다. 각 부를 연결하여 측정한 S-파라미터는 개루프 발진 조건을 만족하였다. 설계된 개루프의 입출력을 연결하고 폐루프로 구성하여 전압 제어 유전체 공진기 발진기를 구현하였다. 측정 결과, 5.3 GHz의 발진 주파수에서 위상 잡음은 수식으로부터 도출한 값과 근사한, 100 kHz offset 주파수에서 -132.7 dBc/Hz를 얻었다. 이때 출력 전력은 약 4.5 dBm, 전기적 주파수 조정 범위는 0~10 V의 조정 전압에서 약 5 MHz를 보였다. PFTN-FOM(Power Frequency Tuning Normalized Figure of Merit)은 약 -31 dB를 보였다.