直播卫星电视调制器中压控振荡器的设计和仿真.docVIP

直播卫星电视调制器中压控振荡器的设计和仿真 文章编号;lo0酾92(2oo3)09—0o65加3 直播卫星电视调制器中 压拄振荡器的设计和仿真?实用设计? 【摘要】采用负阻设计方法,阐述了DBS电视调制器中压控振荡器的原理和设计过程,并对器件的选择,电路的结构作了比 较全面的分析和总结,由此设计了一个0.95-2.15GHz的振荡器电路,在ADS上通过了仿真验证,并给出了结果. 【关键词】负阻振荡器;仿真;调制器;直播卫星 [Abstract]Analternativemethodbasedonthetechniqueofmodelinghavingnegativeimpedanceisusedtodesigna0.95- 2.15GHzoscillator.Theselectionofcomponentsandthecircuittopoiogyarealsodemonstratedinthispaper.Thesimulation resultofADSshowsthattheVCOhasagoodproperty. [Keywords]negativeimpedanceoscillator;simulation;modulator,directbroadcastsateltite(DBS) 1引言 在直播卫星电视调制器中关键是0.95～2.15 GHz的VCO的设计,该器件的好坏直接影响到对电 视IF信号的解调.考虑到价格,性能和体积等各方 面因素的影响,一般采用微带电路的结构来实现. 在UHF或更高波段,用反馈方法来设计振荡器 变得比较困难,故一般采用负阻方法来分析和设计 振荡器.有源器件在一定直流偏置下呈现负阻,它和 普通的LC网络串联便构成了最简单的振荡器,如 图1所示..岫+jX.岫是有源器件的输入阻抗,外 接无源器件.RL+j 噩 RL 图I负阻抗 Rh 负阻型器件一般是B/F或是FET(在微波频率 下Gunn二极管或IMPArI~二极管也呈现负阻,但 在这里不予讨论).当一个阻抗和呈现负阻形式的网 络相连时,振荡便建立起来,随着振荡幅度的加强, 整个网络的负阻逐渐减小,直到最后趋于零,振荡器 达到平衡状态.在平衡状态下,必须满足下列条件 RL+Rm=O(1) L+iIl=0(2) 振荡器的起振条件是 RL+Rmlt;0(3) 在实际设计过程中,一般采用小信号S参数的 设计方法.把有源器件看成是一个双端口网络,网络 的一端接谐振回路而另一端是输出阻抗.如图2所 示. 满足振荡所需的上述3个条件可用小信号S参 图2负阻振荡器 数的形式来表述 I+I1R=1 +f【=1 lt;1 其中,+丽S21,$12FT =$22-1.酱舞 = (4) (5) (6) (7) (8) (9) rT和rR分别表示负载端和谐振端的反射系 数,可由无源器件值直接计算出,但其值都小于1,为 满足条件(4)(5),则和都必须大于1.在实际 的操作中,一般要求s11和$22都大于1,以保证能够 振荡.k是该二端口网络的稳定系数,klt;l则表明该 网络不稳定,存在振荡. 用小信号S参数设计负阻振荡器的主要步骤: (1)选择晶体管,使在工作频率上有足够大的 增益和输出功率,即Is:I要大.这可以根据振荡器件 数据手册,放大器性能或S参数来选择. (2)选择电路方案,它应满足在振荡频率上lt; 1,如果达不到,则应增加正反馈. (3)选择合适的谐振回路,在工作频率范围内, 使其满足(4)式. 2振荡器设计 振荡电路的形式主要根据所给的工作频率和频 率稳定度的要求来选择.在微波双极晶体管中应用 最广泛的一类电路是采用一段传输线端接变容管构 成的单端振荡器,在该结构中,采用变容管电调谐设 计,调谐速度快,体积小,成本低,但由于Q值较低, 相位噪声比较高,不过,与其它调谐方式(如YIG)相 比,它仍然是一个不错的选择. 2.1晶体管选择 - Agilent公司的HBFP0450是一种高性能,中等 功率,低噪声的双极晶体管,其典型工作频率是1.8 GHz,且f,r=25GHz,能够符合设计要求. 2.2变容二极管选择 本设计中,采用了SMV1265一O11型变容管,利 用ADS的S参数仿真,可以得到该变容管的等效电 路模型,如图3所示,该模型对于设计串联谐振回路 提供了很大的方便. C 2I|C— vamp;r 图3变容管模型 图3中的C_var是可变电容,随外加电压的变 化而变化,SMV1265—011的反向击穿电压大于30 V,C_var的变化范围为0.3-22.7pF.一般把两个二 极管背靠背连接在一起,称作back—to—back形式, 这样虽然使总电容的变化范围减少为原来的一半, 但同时也抵消了RF信号的存在而对电容值产生的 影响,可以获得