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第九章 射频微波振荡器
典型的单端反馈布局的振荡器 介质振荡器放在距微带线开路终端λ/4处,可以调节传输线长度lr就可以与需要的 值的相位匹配 终端阻抗确定 上式表明1-S11 ГL接近零使Гout最大,对于终端应用晶体管振荡器的起始条件,可以给出 选择给出使|Гout|最大的ГL的值 负载端阻抗确定 对于介质振荡器,由介质振荡器的等效电路可知,从微带线看到的谐振器等效阻抗在谐振频率处是实数,所以在这点反射系数 的相角是零或者180?,对于欠耦合并联RLC谐振器有RZ0,相角应该取180?,所以有 根据上式可以求出Lr的值,并进一步可以求出谐振时谐振器的等效阻抗以及耦合系数等参数 随频率变化的曲线 从输出端反射系数可以证明介质谐振器能够获得尖锐的频率选择性 压控振荡器(VCO) 压控振荡器是靠改变调谐电压来改变振荡器输出的频率,是频率合成器的核心器件之一 变容管又是VCO的核心器件之一,靠改变加载变容管两端的反向电压来改变比容管的等效电容,从而实现振荡频率的改变 变容二极管 变容二极管是利用二极管在反向偏置条件下,势垒电容随外加电压而变化的一种器件 变容二极管符号 变容管的偏置电路 其中D1是变容管,电容C1是隔直电容(C1容量一般比变容管等效电容大许多);电阻R1取值在10~470KΩ,起到对变容管起限流作用,同时也把二极管和其他电路隔离开;电容C2起到RF退耦作用 一种典型的LC压控振荡器 电容0.01uF交流短路,晶体管就构成共基形式,两个背靠背串联的变容二极管D1和D2与电感L组成并联LC回路,回路输出电压通过电容C(10pF)反馈回输入端,构成正反馈,这四个器件共同决定振荡频率 振荡器的相位噪声 相位噪声归因于振荡器信号频率(或相位)的短期随机起伏 相位噪声会引起检测数字调制信号时的不确定性,造成误码率增加 增加接收机的噪声电平外,还会将不需要的临近信号一起进行下变频,限制了接收器的选择性 一个理想的振荡器在工作频率处又单个δ函数组成的频率谱,但是实际的振荡器频谱如图所示 振荡器的谐波或互调产物引起的寄生信号像分立的尖峰出现在频谱中,成为杂散 由热和其他噪声源引起的随机起伏在输出信号附近出现宽的连续分布的谱 相噪定义:来自信号特定的偏离fm处,一个相位调制边带的单位带宽(1Hz)功率与总信号功率之比 实际的相噪测试曲线 本机振荡的相位噪声如何导致邻近于所需信号的干扰信号的接收 第九章 射频微波振荡器 射频/微波振荡器是用来产生射频/微波信号的器件。固体振荡器核心是一个有源非线性器件(如而二极管和晶体管)和一个谐振电路。 基本的晶体管振荡器电路在低频下使用,包括著名的哈特莱(Hartley)和考毕兹(Colpitts)结构和晶体控制振荡器 在较高频率处可以使用偏置于负阻工作点的二极管或晶体管以及腔体、传输线或者介质振荡器以达到高达100GHz的基频振荡,另外采用频率倍增器也可以获得较高的频率输出 振荡器基本指标 1 频率精度 2 频率稳定度(PPM/℃) 典型频率稳定度2 PPM/℃~0.5 PPM/℃ 3 电源牵引(Hz/V) 4 AM和FM噪声(dBc/Hz)-相位噪声 是输出信号的时域抖动的频域等效 典型相噪在偏离载波10KHz处为-80dBc~-110dBc 5 谐波(dBc) 6 调谐范围(MHz/V) 正弦振荡器的基本工作原理 输出电压表示为 其中A为放大器电压增益,H(ω)为反馈网络的传递函数 在某个频率下,上式分母成为零,就有可能在输入电压为零时输出电压不为零,因此形成振荡器。这叫奈奎斯特准则(Nyquist)。与放大器设计不同,振荡器依赖于不稳定性电路 晶体管振荡器电路原理 晶体管振荡器的一般电路 将V3和V4连接起来就可以构成反馈,而且这一电路可以分别在V2、V1和V4接地构成共发射极/源极、共基极/栅极或共集电极/漏极结构 写出上原理图的四个节点的基尔霍夫方程,得出下面的矩阵方程 对于该矩阵方程,若电路第i节点接地,则矩阵方程可以消去第i行和列,使矩阵阶数减1。若两个节点连接在一起,则矩阵相应行和列相加 对于共发射极的双极型晶体管振荡器,V2=0,并从集电极反馈以使V3=V4=V,这矩阵方程可以简化为 对于非零的V1和V,上式成立的条件是矩阵行列式为零 若反馈网络仅包含无耗电容和电感,则有Y1=jB1,Y2=jB2和Y3=jB3 分别使用行列式的实部和虚部等于零的到两方程 把电纳转为电抗,取X1=1/B1, X2=1/B2和X3=1/B3,则可将上两式改写为 因为 和 是正值,所以X1和X2是相同符号,因而两者都是电容或都是电感,而X3必须与X1和X2的符号相反,是相反电抗的元件 若X1和X2是电容,X3是电感,就得到考毕兹振荡器 可以解出振荡器的频率为 振荡的必要
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