Volume 51, Numbers 7-8, 344-350, DOI: 10.1007/BF02996022

The active device characterization and modelling problem in low phase noise microwave oscillator design

CaractÉrisation et ModÉlisation de Transistors Microondes Pour la Conception D’oscillateurs À Faible Bruit de Phase

Olivier Llopis, Jacques Verdier, Robert Plana and Jacques Graffeuil

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Abstract

The conversion of low frequency noise into phase noise in a high frequency oscillator depends strongly on the active device type and operating conditions. Experimental set-ups are presented to achieve the choice of a transistor to be used in low noise oscillators and to study the correlation between phase noise and low frequency noise. Modelling guidelines are then described to help in the understanding of the noise conversion process. Simple rules of noise reduction are derived from simplified small signal models but the emphasis is put on more complete modelling approaches. These accurate models are affected by yet unsolved (or partially unsolved) problems such as : the influence of the large signal behaviour on the noise sources or the physically unacceptable cancellation of the phase noise in special biasing conditions.
La conversion du bruit à basse fréquence en bruit de phase dans un oscillateur microonde est largement dépendante du type de composant actif utilisé et de ses conditions de fonctionnement. Tout d’abord des méthodes expérimentales sont présentées pour permettre de choisir un composant pour une utilisation dans un oscillateur à haute pureté spectrale. Divers niveaux de modélisation sont ensuite décrits : des méthodes simples basées sur des approches faibles signaux et les règles simples de réduction du bruit qui en découlent, puis des méthodes plus complexes. Ces dernières ont leur précision limitée aujourd’hui par des problèmes qui n’ont pas encore trouvés de solution totalement rigoureuse. Il s’agit par exemple de la modification du bruit à basse fréquence par le signal microonde ou de l’obtention de valeurs aberrantes de bruit de phase dans certaines conditions particulières de polarisation.

Key words  Microwave transistor - Microwave oscillator - Characterization - Modeling - Phase modulation noise - Low noise oscillator

Mots clés  Transistor hyperfréquence - Oscillateur hyperfréquence - Caractérisation - Modélisation - Bruit modulation phase - Oscillateur faible bruit

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