雷达射频微波器件及电路 课件 第4章 固态振荡器及频率合成器.pptx

第4章固态振荡器及频率合成器;

4.1概述;

固态振荡器又可以分为两类：

一是二极管负阻振荡器，包括雪崩管振荡器、体效应管振荡器等；

二是晶体三极管振荡器，包括双极晶体管振荡器、场效应管振荡器等。固态振荡器具有功耗低、重量轻、成本低的优点，但也具有功率小、可靠性低、抗核辐射性能弱的缺点。

随着科技的进步，固态振荡器得到了极大的发展，也逐渐克服了一些缺点、弱点。;

4.2固态振荡器;

2.频率准确度

振荡器实际输出的振荡信号频率总是和标称工作频率有差异，这种差异和工作频率的比值就是频率准确度，即

式中f1为振荡器实际输出信号频率，f0为振荡器标称工作频率。;

3.频率精度

频率精度有绝对精度和相对精度之分。频率绝对精度就是指振荡器实际输出信号的频率(f1)与标称工作频率(f0)的差异，单位就是频率的单位，一般用Hz、kHz、MHz等。频率绝对精度计算公式如下：

频率相对精度的定义与频率准确度的定义相同。;

4.频率稳定度

频率稳定度是指振荡器在各种环境因素、电路因素、元件因素等影响下实际输出信号频率的稳定情况，常用频率精度来描述。

影响振荡器输出信号频率稳定的因素包括：环境温度、振荡器内部噪声、元件老化、机械振动、电源纹波等。

频率稳定度分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬时频率稳定度三种。长期频率稳定度主要由器件、电路的老化特性等长期因素决定；短期频率稳定度主要由环境温度变化、电压变化、电路参数不稳定等相对短暂因素决定；瞬时频率稳定度主要由振荡器内部噪声决定。;

5.相位噪声

振荡器输出信号频率不稳定，会造成输出信号的时域抖动，使信号的频谱不再是一个特定频率的谱线，时域抖动使谱线的下端变宽。所有实际应用的信号源都存在着不稳定性，即存在信号幅度、频率或相位起伏。通常将这些无用的频率或相位的起伏描述为相位噪声。

相位噪声的存在引起射频/微波载波频谱的扩展，其范围可以??偏离载波小于1Hz一直延伸到数十MHz。图4-1给出了一个典型的信号频谱。图中离散(确定的)是指信号中的确定频率，说明信号源不纯净，不是单频率信号。图中随机(连续的)是指信号源频率不稳定所形成的相位噪声。;

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相位噪声是指在相对于载波某一频偏处，相对于载波电平的归一化1Hz带宽的功率谱密度，单位为dBc/Hz。定量描述相位噪声的公式如下：

图4-2给出了相位噪声的示意图。;

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6.调谐范围

调谐范围是指振荡器的输出信号频率的调整范围。调谐方法有机械式调谐、电调谐两类。电调谐一般采用变容管或YIG小球调谐。

7.调谐线性度

调谐线性度是指电调谐过程中输出信号频率随电调参数的变化量。如采用变容管调谐时，调谐线性度是指单位调谐电压输出信号频率的变化量，单位为MHz/V。采用YIG小球调谐时，调谐线性度是指单位调谐电流输出信号频率的变化量，单位为MHz/mA。;

8.调谐速度

调谐速度是指调谐时单位时间内振荡器输出信号频率的变化量，单位为MHz/s或GHz/s。

9.其他指标

振荡器除以上一些指标外，还有其他一些指标，如供电电源、结构尺寸、重量、工作环境、输出形式等。;

4.2.2固态振荡器的结构及原理

1.微波二极管负阻振荡器

1)负阻特性

电阻消耗功率，在电流不变的情况下，电阻越大，消耗的功率就越大。如果有负电阻，那么负电阻不仅不消耗功率，而且会产生功率。负阻振荡器就是利用这个原理制成的。这里所说的负阻并不是电压与电流的比值为负值。正电阻一定时，电压随电流线性变化，随电流的增大而增大，直线的斜率与电阻值的大小直接相关，如图4-3所示。;

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而负电阻的伏安特性是电压随电流的增大而减小，如图4-4所示的AB段。负阻特性是一种动态电阻特性，表示电压和电流的变化关系相反。在图4-4中，OA段为正电阻的伏安特性，AB段为负电阻的伏安特性，AB段的斜率为负值。;

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2)负阻振荡器的工作原理

负阻振荡器的电路形式有两种，一种是并联型，另一种是串联型，如图4-5所示。图中－Gd表示负电导，－Rd表示负电阻。负阻振荡器的振荡条件就是回路消耗的功率要小于回路产生的功率。;

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并联型和串联型负阻振荡器的起振条件分别为

振荡回路能够稳定输出射频/微波振荡信号，必须满足平衡条件，即回路消耗的功率等于回路产生的功率。;

并联型和串联型负阻振荡器的平衡条件分别为;

平衡有两种，一种叫作不稳定平衡，如杂技演员表演刀尖上的平衡、平衡大师表演的平衡术等，都属于不稳定平衡。只要外界施加一点作用力，使