基于SFCR新型介質的X波段壓控振蕩器的研制

　　1 緒論

　　微波壓控振蕩器(VCO)是頻率產生源的關鍵部件，其指標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，基于電介質的DRO由于其很高的頻率穩定度、較低的相位噪聲而獲得了廣泛的運用。但是DRO由于電介質自身的一些特點而導致整個振蕩器的體積過于龐大，這在某些應用場合是很不利的，此外其可靠性也不容易保證。

　　美國DLI公司開發出的新型介質諧振器SFCR在結構上完全是自屏蔽的，表面鍍金的結構也使得其能夠進行表貼和鍵合，此特點使得基于此介質的VCDO的體積可以做得比較小。此介質的Q值適中，溫度系數較小，基于其的VCDO的相位噪聲和頻率穩定性較好。因此設計一種基于此介質的VCDO是一件有意義的工作。

　　2 方案設計

　　負阻振蕩器的基本電路結構如圖1所示：

　　圖1 共發射極負阻振蕩電路圖

　　圖1所示負阻振蕩器的輸出頻率由以下公式決定：

(1)

　　在式(1)中，C為振蕩器電路的總電容值，包括介質諧振器的等效電容與負阻電路的等效并聯電容。傳統的電調諧介質振蕩器輸出頻率的方法是在介質諧振器的旁邊直接并聯變容二極管來達到改變整個諧振器電路的諧振頻率，此種方法對于SFCR介質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旁邊直接并聯變容二極管時，如果變容二極管接入系數過大，相位噪聲會嚴重而化，而接入系數過低，調諧帶寬又很窄，因此采用此方法來調諧頻率是一件比較困難的工作。

　　然而，通過改變振蕩器負阻電路部分的狀態同樣能夠在較小的范圍內改變頻率。因此，可以在圖1負阻電路部分的C4 后面串聯一個變容二極管來調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的影響相對傳統的方法要小，簡單實用。具體的設計可以通過CAD仿真工具完成。

　　3 CAD仿真設計

　　采用微波射頻仿真工具來完成此VCDO的設計。由于X波段寄生效應比較顯著，必須將電路中存在的對電路性能有較大影響的分布參數考慮進去。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，在三極管的發射極加入變容二極管來調諧負阻電路的狀態，整個電路如圖2所示：

　　圖2 X波段VCDO仿真電路圖

　　通過調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在電調電壓在0～10V變化時，調諧帶寬大約是30MHz，這已經滿足了工程實用條件。