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)致整個振蕩器的體積過于龐大，這在某些應(yīng)用場合是很不利的，此外其可靠性也不容易保證。

美國DLI公司開發(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

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管來達(dá)到改變整個諧振器電路的諧振頻率，此種方法對于SFCR介質(zhì)諧振器來說并不是很有效，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，如果變?nèi)荻O管接入系數(shù)過大，相位噪聲會嚴(yán)重而化，而接入系數(shù)過低，調(diào)諧帶寬又很窄，因此采用此方法來調(diào)諧頻率是一件比較困難的工作。

然而，通過改變振蕩器負(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)一個變?nèi)荻O管來調(diào)諧振蕩器的輸出頻率。由于此方法沒有直接在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改變輸出頻率。因此，此方法對SFCR的影響相對傳統(tǒng)的方法要小，簡單實(shí)用。具體的設(shè)計可以通過CAD仿真工具完成。

3 CAD仿真設(shè)計

采用微波射頻仿真工具來完成此VCDO的設(shè)計。由于X波段寄生效應(yīng)比較顯著，必須將電路中存在的對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管來調(diào)諧負(fù)阻電路的狀態(tài)，整個電路如圖2所示：

圖2 X波段VCDO仿真電路圖

通過調(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[!--empirenews.page--]

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

4 實(shí)物制作及測試結(jié)果

通過以上仿真設(shè)計，得到了振蕩器的元器件參數(shù)的初值。我們采用微波薄膜混合集成工藝來完成實(shí)物的制作。整個負(fù)阻電路制作在一塊氧化鋁陶瓷基片上，通過鍵合金絲將SFCR引入到振蕩管的基極。調(diào)節(jié)鍵合絲的長度，可以調(diào)節(jié)SFCR與負(fù)阻電路的耦合強(qiáng)弱，從而控制可調(diào)諧帶寬與相位噪聲，振蕩管和變?nèi)荻O管均選用管芯。最終達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：

(1)輸出頻率：8370MHz±15MHz;

(2)調(diào)諧電壓：1～9V;

(3)輸出功率：10dBm，緩沖隔離放大器輸出;

(4)相位噪聲：-92dBc/Hz@10kHz,-115dBc/Hz@ 100kHz(VT= 5V，常溫測試);

(5)頻率穩(wěn)定度：8 ppm/℃(-40℃～+70℃);

(6)電壓/電流：12V/60mA;

(7)外形封裝：SP-1(25.8mm×14.4mm×4.15mm)。

由上面指標(biāo)可以知道，該VCDO的調(diào)諧帶寬和相位噪聲都與電調(diào)諧DRO的指標(biāo)相當(dāng)，頻率穩(wěn)定度較DRO有一定的差距，但是由于SFCR自屏蔽結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，該VCDO的體積相當(dāng)?shù)匦?下面給出實(shí)物對照圖：

圖4 實(shí)物測試曲線(VT= 5V)

圖5 VCDO與DRO實(shí)物對比圖

5 結(jié)論

在現(xiàn)代CAD仿真設(shè)計軟件的幫助下，本文基于負(fù)阻振蕩器的基本理論，采取調(diào)諧振蕩器負(fù)阻電路部分的狀態(tài)的方法來達(dá)到改變整個負(fù)阻振蕩器的輸出頻率的方法成功設(shè)計并制作了一個新型介質(zhì)壓控振蕩器—VCDO。由于基于SFCR介質(zhì)壓控振蕩器(VCDO)體積小、指標(biāo)優(yōu)良，具有較好的實(shí)用前景。