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1、Gain flatness of both devices is 0.2 dB and 0.4 dB. Both are available in chip form as well. They operate from a +6-VDC supplymm leadless Qeramic SMT packageHMC594LC3B is an LNA that delivers 10 dB gain, 3 dB noise figure, and +36 dBm P3dB RF output. It is housed in a 3 x 3- mm leadless ceramic SMT
2、packageThe HMC609LC4 delivers 20 dB gain, has a 3.5 dB noise figure, and +36.5 dBm P3dB output,housed in a 4 x 4-33 to 75 GHzThey feature PldB input powers as high as +11 dBm, noise figures as low as 7 dB, and gain options from 10 to 40 dB第9章射频/微波振荡器潼9.1振荡器的基本原理 墓 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
3、.5变容管倍频器9. I振荡器的基本原理蠤9.1.1振荡器的指标蠤射频/微波振荡器的主要技术指标是频率和功率。I.工作频率蠤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,应釆取相应的补偿措施。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。蠤(2)频率温
4、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，只能釆取恰当的方法降低。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/C或 ppm/C描述。萬(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。萬(4)电源牵引。电源的纹波或上电瞬间会影响振荡器 的频率精度，也可看作电源的频率调谐,用Hz/V表示。在振 荡器内部搏加稳压电路和滤波电容能改善这一指标。丫(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。蠤(
5、6)振动牵引。振汤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。蠤(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 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1/3或1/2下降。振荡器的反馈 环的环增益按1/2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
6、位噪声用L(/m)=(PSSB (ZmVHzype表示,可用频谱仪或相位噪声分析仪测量。 Pssb (L)/鋳Hz銲是I銲Hz銲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 晰地表征噪声功率的值。人表不尚开载频的边频,也是 对载频的调制频率,故有时称作调频噪声。蠤在数字系统中，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 (Unit Intervals), 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
7、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。PLL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蠤2.输出功率蠤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婷Q婷 值，导致功率随温度变化而变化。因此，选用稳定的晶 体管或釆用补偿的办法，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
8、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平坦度。蠤3.调谐范围蠤对于可调谐振荡器，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O。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。I10U/V9-1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
9、到环 路增益，因而特别重要。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.供电电源蠤供电电源是保证振荡器安全工作时所需的电源电压和 电流。直流功率要有足够余量。蠤5.结构尺寸蠤振荡器的外形结构和安装尺寸受使用场合的限制。在 给定的安装条件下，应合理布局电路，考虑散热，使振
10、荡器 能稳定工作。蠤9. I. 2振荡器的原理蠤振荡器设计与放大器设计很类似。可以将同样的晶体 管、同样的直流偏置电平和同样的一组S参数用于振 荡器设计，对于负载来说，并不知道是被接到振荡器，还是 被接到放大器，如图9-2所示。蠤负载放大器负载振荡器对于放大器设计来说,S1/和S2V都小于I,可以用圆图 来设计M1和M2;而对于振荡器设计来说,为了产生振 荡,S1/和均大于I。振荡条件可以表示为klo假定端口 I满足振荡条件(9-4)则有0IiiiG11DT1Ii22-I-S(9-5)22-苜曰曰22_11I2Co U 2 COSI 一 -IQ I1H1-G22-将式（9_6)展开，可得 硓硓
11、 r Gsn 挪-D r L r G=i-s22 r L 銲潼rL (S22-DTg) =I-S11Tr = I-从 L S22-DTg同理,有潼o _ o , 1221 _ S22 -DTgO O I1-5乃 I-1 I 二 I-仏 22 S 22DTg(9-7)(9-8)比较式（9-7)和式（9-9)，得这就意味着，在端口2也满足振荡条件。如两端口 中任一端口发生振荡，则另一端口必然同样振荡，负载 可以出现在两个端口中的任一端口或同时出现在两个 端口，但一般负载是在输出终端。蠤根据上述理论，可以依下列步骤利用S参数来 设计一个振荡器。萬步骤一:确定振荡频率与输出负载阻抗。一般射频 振荡器的
12、输出负载阻抗为50 Q銲。步骤二：根据电源选用半导体元件，设定晶体管的 偏压条件(UeE，Ic),确定振荡频率下的晶体管的S参数 (S11, S21, S12, S22)。萬步骤三：将所获得的S参数代入下列公式以计算出 稳定因子K的值。步骤四：检查K值是否小于I。若K值不够小，可使 用射极或源极增加反馈电路来降低K值，如图9-3所 示。图中，球Zm = Za + Zf(9 _ 12)O-O-端口有淤 电路ZJ步骤五：利用下列公式计算出负载稳定圆的圆心A 与半径b，并绘出以，为参量的史密斯圆，如图9-4所 示。同理，亦可计算出振源稳定圆的圆心C与半径d。萬负载稳定圆：|r-A|=b | rsla
13、|，如图 9-5所不，取步骤十：振荡器电路的实现分别将z, Zua转成实际元件值，可选用电容、 线实现这些元件值。蠤(I)反馈电路:墓若选用电容,公式为Q=丄2|Z/若选用等效传输线(阻抗Zo),长度为nz/i)O = arc cot Z0V 0 JZs、Im錚电感或传输若选用电感，公式为Z20若选用等效传输线（阻抗ZO - arctan(2)谐振电路:墓ZZ0若选用电容，公式为若选用等效传输线（阻抗Z。)，6 = arc cot(若选用电感,公式为ZsZ0S 20若选用等效传输线（阻抗z(Zs6 = arctan(-)Zq长度为长度为(3)输出负载匹配电路:蠤若Im 传输线：LlaCiO，则选用串联电容或等效匹配I20，则选用并联电
