光电振荡器是一种采用光电结合方式的新型微波频率源，其利用光学长时储能，可以实现极低相位噪声的信号输出。文章研究了光纤中散射噪声对光电振荡器相位噪声的影响，重点介绍了基于相位调制等效展宽激光线宽，抑制布里渊散射噪声架构，通过理论公式推导以及实验验证，表明了上述架构可极大改善光电振荡器的相位噪声。实验中采用调制频率为50MHz、调制幅度为3.1的相位调制信号对激光线宽进行等效展宽，得到在10GHz频率下为-157.3dBc/Hz@10kHz的极低相位噪声信号输出。

集成化和低相噪是微波信号源发展的必然趋势和实用化基础，高相干微腔孤子光频梳拍频为新型的集成低相噪微波信号产生提供了有效技术途径。基于高品质氟化镁晶体微盘腔实现了孤子锁模光频梳的稳定生成与相干拍频，最终得到频率为15.38 GHz的低相噪微波信号，其相位噪声水平达到-120 dBc/Hz@10 kHz ，表现出小型化和低相噪的应用优势，有望成为未来集成化高性能微波信号源发展的重要技术支撑。

耦合光电振荡器利用有源再生主动锁模技术极大地缩短了光纤环腔长度，有效提升了低相噪光电振荡器的集成度与稳定性。针对传统耦合光电振荡器存在的偏振敏感和超模杂散问题，本团队构建了基于180 m非保偏光纤环腔的启钥式耦合光电振荡器，实现了耦合光电振荡器的开机稳定起振和超模杂散抑制，产生的10 GHz射频信号相位噪声和杂散抑制比分别优于－125 dBc/Hz@10 kHz和76.3 dB。

研制了一种用于冷原子重力仪的集成化、低相噪、多通道微波频率综合器。利用锁相环技术,将100 MHz晶振锁定到10 MHz晶振上,改善了100 MHz晶振近端的相位噪声,使输出至后级倍频链路的100 MHz信号的相位噪声同时具备10 MHz及100 MHz晶振的优点。通过搭建超低相噪倍频链路,得到 ⁸⁷Rb原子基态跃迁所需的6.834 GHz微波信号。通过互相关法测量得到在频偏为1 Hz和10 kHz处的相位噪声分别为-60 dBc/Hz和-120 dBc/Hz,其频率分辨率为1.42×10 ^-6 Hz,并评估了其相位噪声对冷原子重力仪测量分辨率的影响。该微波频综方案具有普适性,可广泛应用于原子钟和干涉仪等量子精密测量领域。

该文提出了一种频率为2.4 GHz的低功耗低相位噪声的改进型电容电感型压控振荡器(LC-VCO)。采用有源金属氧化物半导体(MOS)晶体管取代电阻和电容以优化电路结构, 有效减小版图面积和功耗, 同时抑制无源器件引起电路精度的恶化, 提升VCO综合性能。基于TSMC 65 nm/1.8 V CMOS工艺进行电路设计和仿真, 结合理论建模和小信号等效电路分析, 调试关键MOS器件参数。结果表明, 改进后的VCO的调谐范围从2.365~2.506 GHz, 调谐带宽为141 MHz, -127.272 dBc/Hz@1 MHz的相位噪声, 1.8 V电源电压下功耗低至1.323 mW, 综合优值高达-193.84 dBc·Hz-1, 优于多数同频段同类型的压控振荡器。

采用低相位噪声频率合成和锁相技术,为世界首台 85Rb喷泉钟研制了低相位噪声微波频率综合器,实现了低相位噪声的钟频信号输出。当该微波频率综合器的频率分辨率为0.7 μHz,输出频率为3.036 GHz时,在傅里叶频率1 Hz,100 Hz和10 kHz处的单边带相位噪声谱密度分别为-97 dBc·Hz -1,-127 dBc·Hz -1和-130 dBc·Hz -1,剩余相位噪声比本机振荡器绝对噪声低20 dB以上。研究了量子散弹噪声和Dick效应,发现在微波链路噪声为主要噪声的情况下, 85Rb喷泉钟的稳定度与目前 87Rb和 133Cs喷泉钟相当。微波系统对 85Rb喷泉钟稳定度的贡献为2.9×10 -13τ-1/2,其中频率综合器的剩余相位噪声贡献为1.2×10 -14τ-1/2(τ为积分时间)。利用该微波综合器,可以实现 85Rb喷泉钟的高稳定运行,并为其性能的提升打下基础。

为了实现对光泵原子磁力仪系统中发散的快速调制光信号的精密相位检测，解决现有平衡光电探测器存在的接光面积小、增益小、带宽小及相位性能不理想等问题，本文采用基于结点差分电流的平衡差分探测方法，分析了平衡探测器抑制系统共模噪声的机理，通过优化元件和提高带宽设计出具有低相位噪声且单管接光面尺寸达到10 mm的大面积平衡光电探测器，并进一步利用双板隔离式的制作方法避免了热噪声干扰，实现了其低相位漂移的特性。实验结果表明，该探测器-3 dB带宽达到1.1 MHz，信号跨阻增益达到0.91 MΩ，在175 kHz调制光信号下的相位噪声峰峰值不超过0.002 3°，能够满足碱金属原子磁力仪系统光信号精密相位检测的要求。

通过锁相环电路(PLL)，不仅将外部系统提供的具有高频率准确度但相位噪声较差的主时钟信号转化为高频率准确度、低相位噪声的内部时钟信号，同时也满足了内外部系统的相参要求。通过仿真和测试，重点分析了锁相环电路中环路滤波器的环路带宽对输出信号相位噪声的影响。测试结果显示，当环路带宽为100 Hz 时，锁相环的输出信号在偏离载波1 kHz 处的相位噪声与其内部振荡器在此处的相位噪声基本一致；而当环路带宽为500 Hz 时，输出信号在偏离载波1 kHz 处的相位噪声会由于环路影响，相比内部振荡器产生8 dB 左右的恶化。设计所得时钟源在输出100 MHz 信号时，其相位噪声优于-147 dBc/Hz@1 kHz，相比外部参考时钟信号改善了12 dB,并且其频率准确度可达1×10^-9。

针对数字锁相技术相位噪声的构成和特性进行了探讨与研究，并在对比传统单环锁相方案的基础上，介绍了一种基于晶振倍频信号作为参考进行鉴相的低相噪频率合成器。经测试，传统锁相方案在输出 6 480 MHz时，相位噪声为.109.1dB/ Hz@10kHz。而本文设计的低相噪频率源在使用同样的参考晶振、锁相环芯片以及压控振荡器的情况下，输出相同频率时，相位噪声相比传统方案改善了约 8 dB。

介绍了一种 X波段低相噪频率综合器的实现方法。采用混频环与模拟高次倍频相结合的技术，实现 X波段跳频信号的产生。采用该技术实现的频率综合器杂散抑制可达 -68 dBc，相噪优于-99 dBc/Hz@1 kHz, -104 dBc/Hz@10 kHz, -106 dBc/Hz@100 kHz。重点论述了所采用的低相噪阶跃倍频的关键技术，详细分析了重要指标及其实现方法，实测结果证明采用该方法可实现给定指标下的X波段低相噪频率综合器。