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1、射頻電路設(shè)計(jì)技術(shù)第十章剖析10.1概述影響振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素主要是振蕩器頻率波動，可用頻率漂移（長期穩(wěn)定度）和隨機(jī)噪聲（短期穩(wěn)定度）兩個物理量來表示：（1）長期頻率穩(wěn)定度（2）短期頻率穩(wěn)定度在通信系統(tǒng)中，主要考慮信號源（振蕩器）的短期穩(wěn)定度，而研究短期穩(wěn)定度也就是研究振蕩器的相位噪聲?，F(xiàn)代微波系統(tǒng)需要穩(wěn)定、低相位噪聲、寬帶可調(diào)、有足夠輸出功率與效率的振蕩器，這就是設(shè)計(jì)振蕩器必須滿足的最為基本的要求。在振蕩器設(shè)計(jì)中有兩個主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)：(1)用最小的功耗，獲得最低的相位噪聲；(2)擴(kuò)大可調(diào)頻率范圍，以提高糾錯能力。10.3.2LC振蕩器的基本結(jié)構(gòu)及特性兩
2、種應(yīng)用最普遍的、可產(chǎn)生負(fù)阻抗的場效應(yīng)晶體管（FET）電路結(jié)構(gòu)，分別是：①共源極容性反饋電路；②共柵極感性反饋電路。一般情況下，回路的等效阻抗為：（1）LC并聯(lián)電路具有選頻特性；在諧振頻率處，電路為純阻性（V與I無相位差），此時(shí)阻值最大。在處，電路呈電感性。在處，電路呈電容性。（2）諧振時(shí)，Q越大越大，振幅特性曲線越尖銳，在附近，相頻特性變化越快，選頻性能越好。（3）諧振時(shí)，支路電流近似為總電流的Q倍。通常，Q遠(yuǎn)大于1，所以諧振時(shí)LC并聯(lián)電路的回路電流比輸入電流大得多。10.4反饋型振蕩器10.4.1反饋型振蕩器平衡條件可以將反饋型振蕩器分為兩類：（1）哈特
3、萊式振蕩器；（2）科畢茲振蕩器。在實(shí)際的振蕩器中，諧振器的選頻特性（即選頻網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)），決定了振蕩器的輸出頻率與載波頻率附近的噪聲性能。在設(shè)計(jì)振蕩器時(shí)還必須注意以下問題：（1）為了獲得振蕩器的輸出頻譜，Q倍乘器放大并濾除了電路固有的噪聲；（2）為了避免起振問題，必須使放大器的增益比最小增益大很多。最后的增益會隨著振蕩幅度的增加而降低，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這是由于器件的非線性而引起的。10.4.2LC三點(diǎn)式振蕩器的一般結(jié)構(gòu)根據(jù)LC振蕩器的不同結(jié)構(gòu)，可將三點(diǎn)式振蕩器分為：（1）科畢茲振蕩器是電容反饋三點(diǎn)式振蕩器；（1）哈特萊振蕩器是電感反饋三點(diǎn)式振蕩器。10
4、.5振蕩器中的相位噪聲頻率穩(wěn)定度是指在一定的時(shí)間間隔內(nèi)頻率準(zhǔn)確度的變化。頻率穩(wěn)定度是衡量振蕩器性能的一個十分重要的指標(biāo)，頻率準(zhǔn)確度要靠穩(wěn)定度來保證。如前所述，頻率穩(wěn)定度又可以分為長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度兩種。10.5.1振蕩器元器件的比較所選的有源器件是否適當(dāng)，很大程度上決定了振蕩器的性能，所以必須明確有源器件的特性及區(qū)別。有源器件在所需頻帶內(nèi)能否產(chǎn)生足夠的負(fù)阻抗或前向增益是很重要的?；谶@兩種晶體管的振蕩器在載波附近的噪聲性能相差20～30dB，在過去，唯一可用于低相位噪聲微波振蕩器的有源器件是雙極型晶體管?，F(xiàn)在，許多新型的晶體管已用于低噪聲領(lǐng)域，特別是在
5、微波／毫米波頻段?？梢?，射頻電路的發(fā)展與元器件工藝的發(fā)展是密不可分的。10.5.2相位噪聲的 頻譜特性在設(shè)計(jì)振蕩器時(shí)，為了提高頻率穩(wěn)定度及減少相位噪聲，最有效的辦法是提高選頻回路的Q值。同時(shí)，為了減小由于非線性器件的影響，應(yīng)避免幅度噪聲向相位噪聲的轉(zhuǎn)換。振蕩器中的相位噪聲源主要有兩個：（1）閃爍噪聲。閃爍噪聲（或稱為1/fm噪聲）是基帶噪聲，在有源器件中，由于器件的非線性作用而上變頻到載波頻率。變頻增益取決于元器件和工作條件。（2）熱噪聲。有源器件的熱噪聲，其頻譜平坦且造成了振蕩器頻譜中特有的特性。10.5.3振蕩器的噪聲分析對于射頻電壓或電流的任意擾動（
6、如噪聲），若振蕩器都能回到平衡點(diǎn)，那么這個負(fù)阻抗振蕩器則視為穩(wěn)定的。常用的分析方法是靜態(tài)振蕩器的一次分析處理法。頻率轉(zhuǎn)換過程的一個更通用辦法是：通過向支持周期性穩(wěn)態(tài)的非線性電路注入一個確定的小的射頻信號，該方法同時(shí)可以解決變頻問題。若有幾個噪聲源，那么它們可能存在相關(guān)性，因此在計(jì)算噪聲功率時(shí)必須考慮幾個噪聲的相關(guān)因子。10.5.4偏置與雜散響應(yīng)的抑制在振蕩器中的偏置和一般的偏置結(jié)構(gòu)不同，應(yīng)考慮振蕩器的性能要求，從而選擇最為合理的偏置結(jié)構(gòu)。在選擇偏置結(jié)構(gòu)時(shí)，主要關(guān)注的是功率效率、穩(wěn)定性和易用性。在設(shè)計(jì)低噪聲振蕩器時(shí)，需要恰當(dāng)?shù)乜刂坪瓦x擇偏置電路，以避免產(chǎn)生任
7、何不希望的調(diào)制信號或噪聲。電源電壓和電流的波動也可引起輸出功率的波動及頻率漂移。最常用的偏置結(jié)構(gòu)是采用一個或兩個直流功率。這樣選擇的目的在于保持了振蕩器起振的條件，并且使振蕩器的穩(wěn)定性有較好的控制。避免雜散振蕩的基本準(zhǔn)則是：消除振蕩所需的幅值和相角條件。實(shí)際上，晶體管提供的放大增益應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求的頻率范圍，同時(shí)，要求其帶寬盡量窄。另外，在設(shè)計(jì)中也應(yīng)考慮到偏置電感、去耦電容及其他片外元器件的影響。10.6壓控振蕩器振蕩器是接收／發(fā)射機(jī)中重要的器件，在許多應(yīng)用中也需要含壓控振蕩器（VCO）的鎖相環(huán)（PLL）。在大多數(shù)情況下，要求振蕩器的頻率是可控的，如頻率合成
8、器、鎖相解調(diào)電路等。當(dāng)振蕩器的頻率隨外加控制電壓的變化而變化時(shí)，稱
