微带压控振荡器设计与仿真

1、微带压控振荡器设计与仿真        摘  要：介绍了S波段微带压控振荡器的设计方法，并使用微波仿真软件Serenade8.5对振荡器进行仿真分析，给出了仿真和实际电路的结果。       关键词：微带压控振荡器；调谐电路；设计；仿真 一、振荡器原理分析    一定电路组态下的微波晶体管，可视为一个二端口网络，在适当端接下，由于其非线性负阻特性，构成双端口负阻振荡器。为了产生并维持振荡，振荡回路必须形成负阻，即散射参数S11

2、和S22均应大于1，稳定系数k1，利用电路的潜在不稳定性，振荡器就能满足振荡条件，产生自激振荡。1.振荡条件    一个双端口负阻振荡器等效网络如图1，它包含晶体三极管、谐振网络和输出匹配网络。晶体三极管的散射矩阵S用S11、S12、S21、S22表示，设2个端口上联接的传输线特性阻抗都为Z0，线长都为零，其输入阻抗为m=RinjXin，输入端反射系数为1，看向谐振网络的阻抗为g=Rgjg,相应的反射系数为g，图中同时示出了输出阻抗、输出端反射系数、负载阻抗及负载反射系数。    设双端口网络的入射波为a1、a2，反射波为b1、b2，

3、双端口网络的散射参数定义为    因为输入端口接谐振回路，输出端口接匹配网络和负载，都是无源网络，故g和L都小于1,因此对振荡器设计来说，为了产生振荡，两端口的反射系数均大于1,而稳定系数应小于1。2双端口负阻振荡器的输出功率    考虑一个共发射极功率振荡器，要求传输给负载的有用功率最大。由于共发射极振荡器可以视为具有输出功率为Pout的共发射极放大器,通过正反馈电路反馈输入功率Pin给输入端构成振荡器。要求振荡器传输给负载的有用功率（PoutPin）最大，也就是使放大器的（PoutPin）最大，由放大器的输出功率经验公式知：式中P

4、in是输入功率，Pout是输出功率，Psat是饱和输出功率，是放大器调谐小信号转换增益。要得到最大输出功率，就要使（PoutPin）最大，因而可通过求导找到相应的功率关系：二、微带压控振荡器电路设计分析    由于微波仿真软件的不断完善，以及能够提供精确的元器件模型，目前在微波电路设计中，已得到广泛应用。本电路采用Asoft公司的微波仿真软件Serenade8.5来设计。    要设计的振荡器的技术指标为：工作频段S波段，带宽fo±10 MHz，输出功率不小于100 mW，杂波抑制比大于60 dBc。1微带振荡器电路构成&#

5、160;   为了获得大的输出功率，采用了共发射极串联反馈振荡器电路，如图2所示，图中省略了直流偏置电路。    (1)振荡管的选择    根据工作频率和输出功率要求，选择Agilent公司硅双极晶体管AT-42070，其fT=8 GHz，工作在2GHz时P1dB21dBm，噪声系数为1.9dB。AT-42070的S参数如表1所示。    (2)变容二极管的选择    压控振荡器频率的改变是借助变容二极管电容的改变来完成的，因此压控振荡器的许多重要指标如频

6、偏、线性度、灵敏度等都与它有关。为了获得较好的线性度和电调灵敏度，使用了双变容二极管串联形式。    根据设计要求，选择了M/A-COM公司的GaAs超突变结变容二极管MA46H204。管子参数为1.25，Q1500，电容变化比等于10，控制电压范围220 V。2微带振荡器电路仿真设计及步骤    根据原理电路构成图，将拓扑图绘制在Serenade的原理图编辑区内，然后根据经验设定各个元件的初值，并设置好各种仿真参数。微带压控振荡器电路拓扑如图3所示。    (1)电路起振分析  &#

7、160; 振荡器设计分2步进行。首先，使用Oscillator Design Aid 确定振荡电路是否能够在指定的频段范围内振荡。其分析如图4所示。    然后，使用Oscillator Analysis 对振荡电路进行分析。    (2)电路优化及结果    对振荡器进行初步分析之后，就需要进行电路优化。在Serenade的原理图编辑区内，选择需优化的元件，设置优化模块，建立优化目标函数。经优化后得到的频谱图如图5所示。三、实验结果    实际的压控振荡器制作在40×30mm2、=1.5的微带陶瓷基片上。其实验结果如下：    （）工作频段：fo±10MHz    （）输出功率：120mW    （）杂波谐波抑制比：60dBc    （）电调性能：实验测试结果见表2。    图6为实际压控振荡器的输出频谱。四、结束语    本文应用振荡器理论对压控振荡器设计进行了讨论，并使用微波仿真软件对微带压控振荡器进行了设计分析。从