稳频微波压控振荡器制造技术

稳频微波压控振荡器，是一种基本电子电路的固态信号源．本振荡器是一种由平衡放大器（１）、选频带通滤波器（２）、温补相移器（３）、调制相移器（４）、可变延迟线（５）及定向耦合器（６）组成的振荡器．由于振荡环路时延比较大，而晶体管对环路的时延贡献很小，故于常规微波振荡器相比，其频率稳定度要高得多，在调制相移器（４）上加上调制电压，能使振荡器获得频率调制．将薄膜热敏电桥产生的热敏电压加到温补相移器（３）中，能改善振荡器的温度稳定性．改变可变延迟线（５）的抽头可粗调振荡频率．（*该技术在1995年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于基本电子电路之固态信号源。一般微波振荡器都是由微波管和反馈选频匹配网络组成的。但由于晶体管热噪声及其参数随电源电压及温度等而变化，将导致振荡器短期与长期稳定度很低。现有技术中的微波振荡器均采用稳频措施。例如西德专利DE3040793所述的用介质腔稳频的腔稳振荡器，其缺点是难以实现调频；也可以采用如美国专利US4333062所述的采用温度补偿元件来提高温度稳定性，其缺点是短期稳定度仍不高；若采用如美国专利US4243949所述的环路反馈式稳频振荡器，该输出频率由稳定度很高的晶体振荡器作为参考源来稳频，但电路比较复杂。本专利技术的目的是提出一个电路比较简单，又可提高短期与长期频率稳定度，还能够实现调频的信号源。本专利技术的技术解决方案，在于振荡器反馈电路中采用了能实现线性调频的调制相移器(4)，能实现温度补偿的温补相移器(3)及调节频率用的可变延迟线(5)，以完成振荡器频率的稳定和调制。本专利技术的解决方案，可进一步用如下附图进行说明。图1是本专利技术的方框图。图2是本专利技术的详细电路结构图，也就是为本专利技术所设计的最佳实施方案。平衡放大器(1)为振荡环路提供了增益。反馈电路不仅包括了选频带通滤波器(2)和定向耦合器(6)，还包括了调制相移器(4)，温补相移器(3)及可变延迟线(5)。该电路产生振荡条件是放大器增益应大于反馈电路总损耗，方可满足振幅平衡条件。另一方面，环路总相移必须等于2π的整数倍，由此相位平衡条件可求得振荡器的稳态振荡频率。主放大器为一种平衡放大器(1)，该放大器由两只晶体管(7)辅以输出和输入匹配电路(8)、(9)，和偏置电阻(12)、(13)，通过耦合电容连接到输出和输入三分贝正交耦合电桥(10)上组成。该电桥用钽薄膜电阻(11)进行端接，该电路提供振荡环路的全部增益。主放大器采用低噪声微波晶体管，可以降低振荡器的相位噪声，从而提高了瞬时稳定度。考虑到振荡环路总时延由带通滤波器及各相移电路贡献的，平行耦合带通滤波器(28)的腔数越多，时延越大，频率稳定度越高。采用了三腔滤波器后，频稳度提高了一个数量级。为了防止多模振荡的产生，提高频谱纯度，带通滤滤波器的相对带宽应小于5％。而且增益裕量不宜太大，以2－3分贝为宜。过大的增益裕量将无法实现多模振荡的抑制。振荡器的输出幅度主要决定于放大器的动态范围和定向耦合器(6)的耦合度。且与放大器的增益裕量(即放大器的增益除去反馈电路损耗后的净增益)有关。定向耦合器耦合度越大，输出功率越大，而主路增益裕量将减小。同时，负载对其频率稳定度的影响将加剧，为使输出尽可能大，定向耦合器主线应与放大器的输出端直接相连。可变延迟线(5)是由五节阶梯传输线(29)构成，特性阻抗为50欧，利用焊接法可任意改变抽头，使频率获得粗调。调制相移器(4)是用来实现调频的。相移受控范围越大，调频频偏就越大。该相移器由正交电桥(18)、变容二极管对(15)，补偿电感(16)等组成，调制电压EM通过λ／4高阻线(17)，加至变容二极管上。(变容管的阳极接地)，电容(14)是用来减小射频通过调制端向外幅射的，这种通过式平衡相移器的相移与调制电压EM有关。对于突变结(n＝0.5)的变容管来说，相移与调制电压EM的关系可表达如下 式中C0是偏压为零时变容管结电容。φ0是变容管势垒电位差；Z0是特性阻抗，通常Z0＝50欧；ω是工作角频率；L是补偿电感，该电感选择是否合理，不仅影响相偏的大小，而且可以改善相偏的线性度，也就是对调频的线性影响很大。设计时可在选择变容管C0的基础上，利用计算机对L进行优化。平衡相移器的三分贝正交电桥与平衡放大器的电桥是一样的。都是采用两节耦合量为8.34分贝的电桥串接而成。电桥交叉由超声压焊的跳线完成。相移器的补偿电感(16)由阻抗为100欧的高阻线实现。微带变容管和微带电容用焊接法与微带线焊接。温补相移器(3)用来实现振荡器频率的温度补偿。由于振荡元件及衬底材料等参数因温度不同而变化，导致其频率的变化，该相移器由正交电桥(19)，变容管(25)(26)，补偿电感(20)及旁路电容(27)组成。该电路原理与调制相移器(4)是相同的，唯一不同的是该变容管(25)(26)的阳极不接地，其射频是经由旁路电容(27)接地的。这个相移器的控制电压来自热敏电桥，该电桥由薄膜钽电阻(21)(22)和薄膜金或铜电阻(23)(24)组成。前者由于其温度系数很小，可作为参考电阻。后者的温度系数较大，因此当电桥加上电源EC后，对角线AB两端的电压就会随温度而变化，该变化的电压加到变容管两端使振荡器频率产生变化，如果设计良好，该频率变化将正好抵消振荡器的频率温度漂移，使振荡器的长期稳定度(即温度稳定性)提高。热敏电桥电阻(21)与(22)应相等，电阻(23)与(24)也应相等。为了取得足够大的压控电压，阻值宜选较大值，约选600欧。籍氧化工艺仔细调整钽电阻可获得最佳温补效果。采用了本专利技术所提出的电路，采用了平衡放大器，并使环路时延增大为振荡周期的数倍，使振荡器短期稳定度比常规电路提高1至2个数量级，优于5×10－7。在电路中插入了压控相移器，解决稳频振荡器难以调频的困难。这种电路的线性频偏可达数兆至十数兆赫。采用温度补偿后，使振荡器的温度漂移由±10－4／℃降低至±3×10－6／℃。而且，这些性能的提高并未花费很大的代价，因其电路相当简单。本专利技术的最佳实施方案是图2所示的1GHz混合集成压控振荡器。全部电路制作在四片30×50mm2的Al2O3衬底材料上。在该频率时，平衡放大器采用2G914晶体管，其增益可达12分贝，每管工作电流调节在10毫安左右，电阻(12)选为200欧，既可达到去耦作用，也可提高温度稳定性。耦合电容及旁路电容可选100Pf至500Pf。带通滤波器耦合微带的缝宽为0.5mm和2.0mm，以保证3分贝带宽50MHz，带内损耗3分贝。相移器的电调变容管均采用2B11E，其零偏电压时结电容C0＝5Pf。补偿电感L＝9nH。阶梯延迟线为实现50欧的特性阻抗，线宽1mm，延迟线(29)分为五段，每段长2mm，每变化一段频率约变化8MHz。振荡器的频率调制可达6MHz／1Vpp，非线性失真小于8％。当电源电压12伏时，输出功率大于2毫瓦，振荡器开机后半小时，测得短期稳定度优于2.3×10－7(取样周期1秒时)。采用温度补偿网络，常温时选补偿钽电阻为600欧，热敏铜薄膜电阻(23)为564欧，电阻(24)为690欧。使振荡器的频率变化在0到60℃范围内，总漂移由±6MHz下降为±180KHz。电源的电压变化虽对振荡器频率影响不大，为了进一步提高频率稳定度，该电源最好经良好稳压再馈给。耗电电流约30mA(E0＝12V时)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由微波器件和反馈电路两部分组成的稳频微波压控振荡器。器件采用微波晶体管（７）配接上输出和输入匹配电路（８）、（９）与输出和输入三分贝正交电桥（１０）一起组成了平衡放大器，反馈电路有选频带通滤波器（２）和定向耦合器（６）。其特征在于反馈电路中增加了能实现线性调频的调制相移器（４），能实现温度补偿的温补相移器（３）及可变延迟线（５）。

【技术特征摘要】
1.一种由微波器件和反馈电路两部分组成的稳频微波压控振荡器。器件采用微波晶体管(7)配接上输出和输入匹配电路(8)、(9)与输出和输入三分贝正交电桥(10)一起组成了平衡放大器，反馈电路有选频带通滤波器(2)和定向耦合器(6)。其特征在于反馈电路中增加了能实现线性调频的调制相移器(4)，能实现温度补偿的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：林福华，庄昆杰，
申请(专利权)人：南京工学院，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]