基于SFCR新型介質(zhì)的X波段壓控振蕩器的研制

　　1 緒論

　　微波壓控振蕩器(VCO)是頻率產(chǎn)生源的關(guān)鍵部件，其指標(biāo)直接決定著整個(gè)頻率源的性能。在C波段以上的窄帶頻率源中，基于電介質(zhì)的DRO由于其很高的頻率穩(wěn)定度、較低的相位噪聲而獲得了廣泛的運(yùn)用。但是DRO由于電介質(zhì)自身的一些特點(diǎn)而導(dǎo)致整個(gè)振蕩器的體積過(guò)于龐大，這在某些應(yīng)用場(chǎng)合是很不利的，此外其可靠性也不容易保證。

　　美國(guó)DLI公司開(kāi)發(fā)出的新型介質(zhì)諧振器SFCR在結(jié)構(gòu)上完全是自屏蔽的，表面鍍金的結(jié)構(gòu)也使得其能夠進(jìn)行表貼和鍵合，此特點(diǎn)使得基于此介質(zhì)的VCDO的體積可以做得比較小。此介質(zhì)的Q值適中，溫度系數(shù)較小，基于其的VCDO的相位噪聲和頻率穩(wěn)定性較好。因此設(shè)計(jì)一種基于此介質(zhì)的VCDO是一件有意義的工作。

　　2 方案設(shè)計(jì)

　　負(fù)阻振蕩器的基本電路結(jié)構(gòu)如圖1所示：

　　圖1 共發(fā)射極負(fù)阻振蕩電路圖

　　圖1所示負(fù)阻振蕩器的輸出頻率由以下公式?jīng)Q定：

(1)

　　在式(1)中，C為振蕩器電路的總電容值，包括介質(zhì)諧振器的等效電容與負(fù)阻電路的等效并聯(lián)電容。傳統(tǒng)的電調(diào)諧介質(zhì)振蕩器輸出頻率的方法是在介質(zhì)諧振器的旁邊直接并聯(lián)變?nèi)荻O管來(lái)達(dá)到改變整個(gè)諧振器電路的諧振頻率，此種方法對(duì)于SFCR介質(zhì)諧振器來(lái)說(shuō)并不是很有效，原因在于SFCR的空載Q值不是很高，且隨著頻率偏移，迅速降低。由于小容值的電容不易控制，因此，在SFCR旁邊直接并聯(lián)變?nèi)荻O管時(shí)，如果變?nèi)荻O管接入系數(shù)過(guò)大，相位噪聲會(huì)嚴(yán)重而化，而接入系數(shù)過(guò)低，調(diào)諧帶寬又很窄，因此采用此方法來(lái)調(diào)諧頻率是一件比較困難的工作。

　　然而，通過(guò)改變振蕩器負(fù)阻電路部分的狀態(tài)同樣能夠在較小的范圍內(nèi)改變頻率。因此，可以在圖1負(fù)阻電路部分的C4 后面串聯(lián)一個(gè)變?nèi)荻O管來(lái)調(diào)諧振蕩器的輸出頻率。由于此方法沒(méi)有直接在SFCR旁邊直接并聯(lián)電容，僅僅靠改變諧振器接入端口的阻抗特性來(lái)改變輸出頻率。因此，此方法對(duì)SFCR的影響相對(duì)傳統(tǒng)的方法要小，簡(jiǎn)單實(shí)用。具體的設(shè)計(jì)可以通過(guò)CAD仿真工具完成。

　　3 CAD仿真設(shè)計(jì)

　　采用微波射頻仿真工具來(lái)完成此VCDO的設(shè)計(jì)。由于X波段寄生效應(yīng)比較顯著，必須將電路中存在的對(duì)電路性能有較大影響的分布參數(shù)考慮進(jìn)去。本VCDO采用微波薄膜工藝制作，仿真原理圖中考慮了鍵合線，微帶線，大的元件焊盤的影響。諧振器SFCR由振蕩管的基極接入，在三極管的發(fā)射極加入變?nèi)荻O管來(lái)調(diào)諧負(fù)阻電路的狀態(tài)，整個(gè)電路如圖2所示：

　　圖2 X波段VCDO仿真電路圖

　　通過(guò)調(diào)整原理圖中的各種元件值，最終得到電路輸出頻率的仿真曲線如圖3所示：

　　圖3 圖2電路頻率仿真曲線

　　由圖3所示：該VCDO在電調(diào)電壓在0～10V變化時(shí)，調(diào)諧帶寬大約是30MHz，這已經(jīng)滿足了工程實(shí)用條件。