CN205051651U - 一种压控振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压控振荡器，包括依次相连的负载电路、晶体管电路和终端电路，以及连接于负载电路和晶体管电路之间的第一匹配电路、连接于晶体管电路和终端电路之间的第二匹配电路；负载电路采用变容二极管的调谐电路，晶体管电路主要由晶体管的直流偏置电路和连接在晶体管栅极微带线组成。有益效果：整体电路基于负阻原理，电路结构简单、实现容易、成本较低，从而提供中心频率为5.2GHz的简易高性能压控振荡器；通过匹配电路设置，输出功率具有很好的功率平坦度，在无需线性校正电路的基础上达到了良好的调谐线性度，同时具有相对较低的谐波和相噪。

Description

一种压控振荡器

技术领域

本实用新型涉及一种压控振荡器，属于电子通信技术领域。

背景技术

高效的频率源在雷达、通信、测试仪器及医学等领域扮演重要的角色，而频率源所广泛使用的是锁相环频率合成，其最终频率输出都是借助振荡器实现的。作为振荡器的一种，压控振荡器被广泛应用于各种频率源中，其性能指标的优越与否，直接关系到频率源的各项性能，从而决定整个系统的输出信号的稳定性、噪声特性、谐波抑制特性等指标。

近年来，人们对射频前端收发机的研究进入白热化的状态。由于，制作工艺在元器件上取得的成就，电路设计可以采用低成本、低功耗和小型化方案。但在简易、低价格、低相噪条件下，设计和实现系统指定频率和工作带宽的微波波段压控振荡器设计和实现还有一定的困难，主要原因是振荡器的非线性电路，这种特性无法用线性系统来全面描述。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种新型结构的压控振荡器，不仅电路结构简单，制作容易，成本较低；而且安全可靠，满足在简易、低价格、低相噪条件下实现中心频率为5.2GHz指定频率的高性能输出，且具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种压控振荡器，包括依次相连的负载电路、晶体管电路和终端电路，以及连接于负载电路和晶体管电路之间的第一匹配电路、连接于晶体管电路和终端电路之间的第二匹配电路。

其中，所述负载电路包括第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管、第四变容二极管、第一电容、第二电容、第一微带线、第二微带线、第一微带短截线、第一直流电源，所述第三变容二极管并联在第一变容二极管的两端，所述第四变容二极管并联在第二变容二极管的两端；所述第一变容二极管的阴极、第二变容二极管的阴极、第三变容二极管的阴极、第四变容二极管的阴极和第一微带线的一端共点相连，所述第二变容二极管的阳极、第四变容二极管的阳极、第一电容的负极和第二微带线的一端共点相连，所述第一微带线的另一端、第一微带短截线、第二电容的负极和第一直流电源的正极共点相连，所述第一变容二极管的阳极、第三变容二极管的阳极、第二微带线的另一端、第二电容的正极、第一直流电源的负极均接地。

而且，所述晶体管电路包括晶体管、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第二微带短截线、第三微带短截线、第一电阻、第二电阻、第三电容、第四电容、第二直流电源和第三直流电源，所述晶体管的栅极经第三微带线接地，所述晶体管的源极和第四微带线的一端均通过第一匹配电路与第一电容的正极相连，所述晶体管的漏极和第五微带线的一端均通过第二匹配电路与终端电路相连；所述第四微带线的另一端、第二微带短截线和第一电阻的一端共点相连，所述第一电阻的另一端、第三电容的负极和第二直流电源的正极共点相连，所述第五微带线的另一端、第三微带短截线和第二电阻的一端共点相连，所述第二电阻的另一端、第四电容的负极和第三直流电源的正极共点相连，所述第三电容的正极、第二直流电源的负极、第四电容的正极和第三直流电源的负极均接地。

本实用新型进一步设置为：所述终端电路包括第三电阻，所述第三电阻的一端通过第二匹配电路与晶体管的漏极相连，第三电阻的另一端接地。

本实用新型进一步设置为：所述第三电阻为50Ω。

本实用新型进一步设置为：还包括与终端电路输出端相连的滤波电路。

本实用新型进一步设置为：所述滤波电路采用4阶带通滤波器。

本实用新型进一步设置为：还包括电路检测接口，所述电路检测接口从晶体管的源极和/或漏极引出。

本实用新型进一步设置为：所述第一匹配电路包括第五电容和第六微带线，所述第五电容的负极、第六微带线的一端和第一电容的正极共点相连。

本实用新型进一步设置为：所述第二匹配电路包括第六电容，所述第六电容的负极与晶体管的漏极相连，第六电容的正极与终端电路相连。

本实用新型进一步设置为：所述第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管和第四变容二极管均采用型号为SMV1232的超突变结变容二极管。

本实用新型进一步设置为：所述晶体管为NE32484异质结场效应晶体管。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1、提供的压控振荡器，其整体电路基于负阻原理，不仅电路结构简单，实现容易，成本较低；而且整个电路只使用了一个晶体管作为有源器件，利用微带电路即可在基板上实现，从而提供中心频率为5.2GHz、调谐范围大于200MHz的简易高性能压控振荡器。

2、通过电路结构合理的匹配电路设置，使得压控振荡器在无需输出缓冲级电路时，输出功率为6.11dBm～5.18dBm，具有很好的功率平坦度，在无需线性校正电路的基础上达到了良好的调谐线性度，同时具有相对较低的谐波和相噪。

上述内容仅是本实用新型技术方案的概述，为了更清楚的了解本实用新型的技术手段，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

附图说明

图1为本实用新型一种压控振荡器的原理框图；

图2为本实用新型一种压控振荡器的总电路图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。

如图1及图2所示的一种压控振荡器，包括依次相连的负载电路1、晶体管电路2、终端电路3和滤波电路4，以及连接于负载电路1和晶体管电路2之间的第一匹配电路5、连接于晶体管电路2和终端电路3之间的第二匹配电路6。

所述负载电路1用于改变谐振频率，主要包括调谐电路设计，为了更好的调节输出信号的频率，采用变容二极管的调谐电路。变容二极管是经过改变外加反向电压来改变空间电荷区的宽度，继而使势垒电容发生改变来实现对频率的调谐；它是一种非线性并且电抗可以改变的器件，通常采用的材料是硅或砷化镓；本压控振荡器采用四个变容二极管通过串并联的方式构成调谐电路。

所述晶体管电路2用于使整个电路振荡，主要包括偏置电路设计，偏置电路在具体工作条件给有源电路供应相宜的静态工作点，以使有源电路的工作性能维持稳定不变。

所述终端电路3用于满足振荡条件，主要要求能够使输入端口的电压反射系数|Γ_IN|＞1；而滤波电路4采用4阶带通滤波器，连接在终端电路3之后。压控振荡器中使用的晶体管的源极连接负载网络、漏极连接终端网络，其间分别连接有第一匹配电路5和第二匹配电路6，两匹配电路的设计主要考虑的因素有简单性、带宽、可实现性和可调整性这四个要素，从而使匹配电路达到最佳。

如图2所示，所述负载电路1包括第一变容二极管X1、第二变容二极管X2、第三变容二极管X3、第四变容二极管X4、第一电容C1、第二电容C2、第一微带线TL1、第二微带线TL2、第一微带短截线Stub1、第一直流电源SRC1，以及一号三端口连接器Teel1和二号三端口连接器Teel2；所述第三变容二极管X3并联在第一变容二极管X1的两端，所述第四变容二极管X4并联在第二变容二极管X2的两端。

所述第一变容二极管X1的阴极和第三变容二极管X3的阴极共点相连于一号三端口连接器Teel1的第一端口，第二变容二极管X2的阴极和第四变容二极管X4的阴极共点相连于一号三端口连接器Teel1的第二端口，第一微带线TL1的一端连接于一号三端口连接器Teel1的第三端口；所述第二变容二极管X2的阳极和第四变容二极管X4的阳极共点相连于二号三端口连接器Teel2的第一端口，第一电容C1的负极和第二微带线TL2的一端分别连接于二号三端口连接器Teel2的第二端口和第三端口；所述第一微带线TL1的另一端、第一微带短截线Stub1、第二电容C2的负极和第一直流电源SRC1的正极共点相连，所述第一变容二极管X1的阳极、第三变容二极管X3的阳极、第二微带线TL2的另一端、第二电容C2的正极、第一直流电源SRC1的负极均接地。

在负载电路1中采用四个完全一样的超突变结变容二极管，型号是SMV1232，形成串并联平衡的形式，在这样的结构中，由于射频信号加在两个变容二极管上的电压方向相反，所以当射频信号使一个变容二极管的等效电容增大时，另一个变容二级管的等效电容会减小，从而可以抑制变容二极管等效电容受射频信号的影响，以及可以改善变容二极管中结电容由于温度变化而产生中心频率零点漂移的问题。

如图2所示，所述晶体管电路2包括晶体管X5、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5、第二微带短截线Stub2、第三微带短截线Stub3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电容C3、第四电容C4、第二直流电源SRC2和第三直流电源SRC3，以及三号三端口连接器Teel3和四号三端口连接器Teel4；所述晶体管X5的栅极经第三微带线TL3接地，晶体管X5的源极与三号三端口连接器Teel3的第二端口相连，晶体管X5的漏极与四号三端口连接器Teel4的第一端口相连。

所述三号三端口连接器Teel3的第一端口通过第一匹配电路5与第一电容C1的正极相连，三号三端口连接器Teel3的第三端口与第四微带线TL4的一端相连；四号三端口连接器Teel4的第二端口通过第二匹配电路6与终端电路3相连，四号三端口连接器Teel4的第三端口与第五微带线TL5的一端相连。

所述第四微带线TL4的另一端、第二微带短截线Stub2和第一电阻R1的一端共点相连，所述第一电阻R1的另一端、第三电容C3的负极和第二直流电源SRC2的正极共点相连，所述第五微带线TL5的另一端、第三微带短截线Stub3和第二电阻R2的一端共点相连，所述第二电阻R2的另一端、第四电容C4的负极和第三直流电源SRC3的正极共点相连，所述第三电容C3的正极、第二直流电源SRC2的负极、第四电容C4的正极和第三直流电源SRC3的负极均接地。

所述晶体管X5的源极与三号三端口连接器Teel3的第二端口之间设置有第一电路检测接口Probe1，晶体管X5的漏极与四号三端口连接器Teel4的第一端口之间设置有第二电路检测接口Probe2。

晶体管电路2主要由晶体管的直流偏置电路和连接在晶体管栅极微带线组成。该部分主要从噪声、截止频率和封装等方面考虑，优选NE32484异质结场效应晶体管作为有源器件晶体管，从而构成负阻网络。晶体管采用共栅极的方式接入电路，这样接的好处在于电路更容易起振；为了增加场效应管共栅极电路构成的两端口网络的不稳定性，在场效应管栅极接了一段接地微带线当作电感，作为反馈电感。

如图2所示，所述终端电路3采用50Ω大小的第三电阻R3，所述第二匹配电路6包括第六电容C6；所述第三电阻R3的一端与第六电容C6的正极相连，第三电阻R3的另一端接地；所述第六电容C6的负极与四号三端口连接器Teel4的第二端口相连。

所述第一匹配电路5包括第五电容C5和第六微带线TL6，以及五号三端口连接器Teel5；所述第五电容C5的正极与三号三端口连接器Teel3的第一端口相连，第五电容C5的负极与五号三端口连接器Teel5的第二端口相连；所述五号三端口连接器Teel5的第一端口与第一电容C1的正极相连，五号三端口连接器Teel5的第三端口与第六微带线TL6的一端相连。

如图2所示，所述滤波电路4采用4阶带通滤波器，具体采用平行耦合微带线，由于λ/4长平行耦合微带线单元具有滤波特性，并且不能够提供陡峭的通带到带阻过渡，从而实现通过多个耦合微带线单元的级连来获得良好的滤波特性。

本实用新型提供的压控振荡器，利用有源器件加一个合适的正反馈可以使得|Γ_IN|＞1，并且Z_IN的实部小于0；且能够补偿实际LC振荡电路中的能量损耗，维持稳定振荡。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种压控振荡器，其特征在于：包括依次相连的负载电路、晶体管电路和终端电路，以及连接于负载电路和晶体管电路之间的第一匹配电路、连接于晶体管电路和终端电路之间的第二匹配电路；

所述负载电路包括第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管、第四变容二极管、第一电容、第二电容、第一微带线、第二微带线、第一微带短截线、第一直流电源，所述第三变容二极管并联在第一变容二极管的两端，所述第四变容二极管并联在第二变容二极管的两端；

所述第一变容二极管的阴极、第二变容二极管的阴极、第三变容二极管的阴极、第四变容二极管的阴极和第一微带线的一端共点相连，所述第二变容二极管的阳极、第四变容二极管的阳极、第一电容的负极和第二微带线的一端共点相连，所述第一微带线的另一端、第一微带短截线、第二电容的负极和第一直流电源的正极共点相连，所述第一变容二极管的阳极、第三变容二极管的阳极、第二微带线的另一端、第二电容的正极、第一直流电源的负极均接地；

所述晶体管电路包括晶体管、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第二微带短截线、第三微带短截线、第一电阻、第二电阻、第三电容、第四电容、第二直流电源和第三直流电源，所述晶体管的栅极经第三微带线接地，所述晶体管的源极和第四微带线的一端均通过第一匹配电路与第一电容的正极相连，所述晶体管的漏极和第五微带线的一端均通过第二匹配电路与终端电路相连；

所述第四微带线的另一端、第二微带短截线和第一电阻的一端共点相连，所述第一电阻的另一端、第三电容的负极和第二直流电源的正极共点相连，所述第五微带线的另一端、第三微带短截线和第二电阻的一端共点相连，所述第二电阻的另一端、第四电容的负极和第三直流电源的正极共点相连，所述第三电容的正极、第二直流电源的负极、第四电容的正极和第三直流电源的负极均接地。

2.根据权利要求1所述的一种压控振荡器，其特征在于：所述终端电路包括第三电阻，所述第三电阻的一端通过第二匹配电路与晶体管的漏极相连，第三电阻的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种压控振荡器，其特征在于：所述第三电阻为50Ω。

4.根据权利要求1所述的一种压控振荡器，其特征在于：还包括与终端电路输出端相连的滤波电路。

5.根据权利要求4所述的一种压控振荡器，其特征在于：所述滤波电路采用4阶带通滤波器。

6.根据权利要求1所述的一种压控振荡器，其特征在于：还包括电路检测接口，所述电路检测接口从晶体管的源极和/或漏极引出。

7.根据权利要求1所述的一种压控振荡器，其特征在于：所述第一匹配电路包括第五电容和第六微带线，所述第五电容的负极、第六微带线的一端和第一电容的正极共点相连。

8.根据权利要求1所述的一种压控振荡器，其特征在于：所述第二匹配电路包括第六电容，所述第六电容的负极与晶体管的漏极相连，第六电容的正极与终端电路相连。

9.根据权利要求1所述的一种压控振荡器，其特征在于：所述第一变容二极管、第二变容二极管、第三变容二极管和第四变容二极管均采用型号为SMV1232的超突变结变容二极管。

10.根据权利要求1所述的一种压控振荡器，其特征在于：所述晶体管为NE32484异质结场效应晶体管。