射频微波振荡器课件.ppt

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1、第9章射频/微波振荡器9.1振荡器的基本原理9.2集总参数振荡器9.3微带线振荡器9.4压控振荡器（VCO）9.5变容管倍频器9.1振荡器的基本原理9.1.1振荡器的指标射频/微波振荡器的主要技术指标是频率和功率。1.工作频率振荡器的输出信号基本上就是一个正弦信号。要做到振荡频率绝对准确,是不可能的。频率越高,误差越大。影响频率的因素很多,如环境温度、内部噪声、元件老化、机械振动、电源纹波等。实际设计中,针对指标侧重点,应采取相应的补偿措施。调试中,也要有经验和技巧,才能达到一定的频率指标。关于频率经常

2、会遇到下列概念。(1)频率精度。频率精度有绝对精度（Hz）和相对精度（ppm）两种表示方式。相对精度是最大频偏和中心频率的比值。绝对精度是给定环境条件下的最大频偏。(2)频率温漂。随着温度的变化,物质材料的热胀冷缩引起的尺寸变化会导致振荡器的频率偏移,这种频偏是不可避免的,只能采取恰当的方法降低。常用的方法有：温度补偿（数字或模拟微调）、恒温措施等,用指标MHz/℃或ppm/℃描述。(3)年老化率。随着时间的推移,振荡器的输出频率也会偏移,用ppm/年描述。(4)电源牵引。电源的纹波或上电瞬间会影响振荡器的

3、频率精度,也可看作电源的频率调谐,用Hz/V表示。在振荡器内部增加稳压电路和滤波电容能改善这一指标。(5)负载牵引。在振荡器与负载紧耦合的情况下,振荡频率会受到负载的影响,使负载与振荡器匹配,增加隔离器或隔离放大器,减小负载的牵引作用。(6)振动牵引。振荡器内谐振腔或晶振等频率敏感元件随机械振动的形变,会影响振荡器的输出频率。振动敏感性与元件的安装和固定有关,用Hz/g表示。(7)相位噪声。相位噪声是近代振荡器和微波频率合成器的关键指标。它是输出信号的时域抖动的频域等效。相位噪声、调频噪声和抖动是同一问题的不

4、同表达方式,因为振荡器含有饱和增益放大器和正反馈环路,故幅度噪声增益和相位噪声增益都有限。幅度和相位变化与平均振荡频率有关。用足够分辨率的频谱仪测量振荡器,噪声会使窄谱线的下端变宽,噪声按照1/f3或1/f2下降。振荡器的反馈环的环增益按1/f2而不是按谐振频率下降。1/f因子与器件和谐振器的低频调制有关。相位噪声用L(fm)=(PSSB(fm)/Hz)/PC表示,可用频谱仪或相位噪声分析仪测量。PSSB(fm)/Hz是1Hz带宽内的相位噪声功率。无论相位噪声接近噪声本底还是一个噪声包络,都能清晰地表征噪

5、声功率的值。fm表示离开载频的边频,也是对载频的调制频率,故有时称作调频噪声。在数字系统中,通常用时域抖动而不是相位噪声测量零交叉时间的偏离,给出峰峰值和有效值。其单位是皮秒或UI(UnitIntervals),UI是时钟的一部分,即UI=抖动皮秒/时钟一周。因为相位噪声给出了每一个频率调制载频的相位偏移,我们可以累加360°内所有的相位偏移,即得到UI。这与计算一个频率或时间的功率是等效的。通信系统对某个频率的抖动更敏感,所以相位噪声与边频的关系就是抖动。用抖动的频域观点看,PLL就是一个“频率衰减器”。PL

6、L反馈环的滤波器频带越窄,调制频率越高,但这种频率和频带依赖关系是有限的。相位噪声的估算公式为2.输出功率功率是振荡器的又一重要指标。如果振荡器有足够的功率输出,就会降低振荡器内谐振器的有载Q值,导致功率随温度变化而变化。因此,选用稳定的晶体管或采用补偿的办法,也可增加稳幅电路。这样,又会增加成本和噪声。为了降低振荡器的噪声,让振荡器输出功率小一些,可降低谐振器的负载,增加一级放大器,以提高输出功率。通常,振荡器的噪声比放大器的噪声大,故功率放大器不会增加额外噪声。如果振荡器是可调谐的,还要保证频带内功率

7、平坦度。3.调谐范围对于可调谐振荡器,还有个调谐带宽指标。通常是指调谐的最大频率和最小频率,而不谈中心频率,对于窄带可调振荡器(如10%),也有用中心频率的。调谐范围对应变容管的电压范围或YIG的电流范围。为了维持振荡范围内的高Q特性,变容管的最小电压大于0。调谐灵敏度的单位是MHz/V,一般地,调谐灵敏度不等于调谐范围/电压范围。近似地,调谐灵敏度在中心频率的小范围内测量。图9-1变容管的调谐特性调谐灵敏度比是最大调谐灵敏度/最小调谐灵敏度。在PLL的压控振荡器中,由于这个参数会影响到环路增益,因而特别重要

8、。在低电压时,变容管电容最大，随着电压的增加,电容很快达到最大值。低电压时,电容的大范围变化会引起频率的范围变化大,意味着频率低端灵敏度高,频率高端灵敏度低。由图9-1所示的变容管的调谐特性可知,超突变结比突变结变容管调谐线性好,设计中要选线性好的一段并使调谐电压放大到合适的范围。调谐时间是最大调谐范围所用的时间。变容管的调谐速度比YIG的调谐速度快得多。4.供电电源供