本發(fā)明屬于電子電器領(lǐng)域，涉及壓控振蕩器，具體涉及一種粗細(xì)調(diào)諧相結(jié)合的高頻LC壓控振蕩器及調(diào)諧方法。

背景技術(shù)：

實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的方法很多，大致可分為兩類，一類是直接調(diào)頻，另一類是間接調(diào)頻。直接調(diào)頻是用調(diào)制信號電壓直接去控制自激振蕩器的振蕩頻率（實(shí)質(zhì)上是改變振蕩器的定頻元件），變?nèi)荻O管調(diào)頻便屬于此類。變?nèi)荻O管直接調(diào)頻電路是目前應(yīng)用最廣泛的直接調(diào)頻電路，傳統(tǒng)的變?nèi)荻O管直接調(diào)頻LC壓控振蕩器中心頻率穩(wěn)定度較低、波段頻率的非線性度大、輸出信號近端相噪較大。壓控振蕩器（VCO, voltage-controlled oscillator）是輸出頻率與輸入控制電壓有對應(yīng)關(guān)系的振蕩電路。

壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。壓控振蕩器廣泛用于頻率調(diào)制器，鎖相環(huán)路，以及無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中。尤其在通信系統(tǒng)中，壓控振蕩器是其中的關(guān)鍵部件，特別是在鎖相環(huán)電路、時(shí)鐘恢復(fù)電路和頻率綜合器電路等更是重中之重。現(xiàn)有調(diào)頻電路普遍有三種形式；采用互感耦合振蕩器形式、采用電感三點(diǎn)式振蕩器、采用電容三點(diǎn)式振蕩器。采用互感耦合振蕩器形式；由于分布電容存在，在頻率較高時(shí)，難于做出穩(wěn)定性高的變壓器，而且靈活性較差。采用電感三點(diǎn)式振蕩；由于反饋信號取自電感兩端壓降，而電感對高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，故不能抑制高次諧波的反饋，因此振蕩器輸出信號中的高次諧波成分較大，信號波形較差。

采用電容三點(diǎn)式振蕩器。電容三點(diǎn)式振蕩電路的基極和發(fā)射極之間接有電容，反饋信號取自電容兩端，它對諧波的阻抗很小，諧波電壓小，因而使集電極電路電流中的諧波分量和回路的諧波電壓都較小。反饋信號取自電容兩端，由于電容對高次諧波呈現(xiàn)較小的容抗，因而反饋信號中高次諧波分量小，故振蕩輸出波形好，但電容三點(diǎn)式振蕩器的輸出波段頻率非線性度大，中心頻率穩(wěn)定度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種粗細(xì)調(diào)諧相結(jié)合的高頻LC壓控振蕩器，達(dá)到有效控制中心頻率穩(wěn)定度、及波段頻率的非線性度。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種粗細(xì)調(diào)諧相結(jié)合的高頻LC壓控振蕩器，由LC諧振網(wǎng)絡(luò)電路和共射級放大電路組成；所述LC諧振網(wǎng)絡(luò)電路包括第一變?nèi)荻O管D1、第六電容C6、第七電容C7、第九電容C9、第十二電容C12、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第二變?nèi)荻O管D2、第一三極管T1、第二電感L2、第十一電阻R11；第一變?nèi)荻O管D1的一端接第四電阻R4的一端、第六電容C6的一端，第一變?nèi)荻O管D1的另一端接地，第四電阻R4的另一端接外部輸入直流電壓信號Vt1，第六電容C6的另一端接第七電容C7的一端，第七電容C7的另一端接第二電阻R2的一端、第六電阻R6的一端、第九電容C9的一端、第一三極管的T1的基級，第二電阻R2的另一端接第一電阻R1的一端、第一穩(wěn)壓二極管Vz1的一端、第三電容C3的一端、第一三極管T1的集電極、第二電容C2的一端，第五電容C5的一端，第一穩(wěn)壓二極管Vz1的另一端、第三電容C3的另一端、第二電容C2的另一端均接地，第一電阻R1的另一端接VCC直流電壓、第一電容C1的一端，第一電容C1的另一端接地，第九電容C9的另一端接第十二電容C12的一端，第十二電容C12的另一端接第一三極管T1的發(fā)射極、第十四電容C14的一端、第二電感L2的一端，第一三極管T1的發(fā)射極接第十一電容C11的一端，第十一電容C11的另一端接第七電阻R7的一端、第五電阻R5的一端，第七電阻R7的另一端接地，第十四電容C14的另一端接第十五電容C15的一端，第十五電容C15的另一端接第十六電容C16的一端、第二變?nèi)荻O管D2的一端，第十電阻R10的一端，第十電阻R10的另一端接外部輸入直流電壓信號Vt2，第二變?nèi)荻O管D2的另一端、第十六電容C16的另一端均接地，第二電感L2的另一端接第十一電阻R11的一端，第十一電阻R11的另一端接地；

所述共射級放大電路包括第七電阻R7、第五電阻R5、第十電容C10、第三電阻R3、第八電阻R8、第二三極管T2、第一電感L1、第四電容C4、第九電阻R9、第十三電容C13、第八電容C8；第七電阻的一端接第十一電容C11的一端、第五電阻R5的一端，第七電阻R7的另一端接地，第五電阻R5的另一端接第十電容C10的一端，第十電容C10的另一端接第三電阻R3的一端、第二三極管T2的基級、第八電阻R8的一端，第三電阻R3的另一端接第五電容C5的一端、第一電感L1的一端、第四電容C4的一端，第八電阻R8的另一端接地，第一電感L1的另一端接第二三極管T2的集電極、第八電容C8的一端，第四電容C4的另一端、第五電容C5的另一端均接地，第二三極管T2的發(fā)射級接第九電阻R9的一端、第十三電容C13的一端，第九電阻R9的另一端、第十三電容C13的另一端接地，第八電容R8的另一端接輸出。

LC諧振網(wǎng)絡(luò)分為感性阻抗和容性阻抗，感性阻抗有兩支分路組成，一支為三極管T1基級 —發(fā)射極支路：C9串聯(lián)C12；另一條支路為三極管TI集電極—發(fā)射極：C16并聯(lián)D2，再串聯(lián)C15、C14然后與L2并聯(lián)；容性阻抗是三極管T1基級—集電極支路：由D1串聯(lián)C6再串聯(lián)C7組成。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種粗細(xì)調(diào)諧相結(jié)合的高頻LC壓控振蕩器的調(diào)諧方法。

一種上述粗細(xì)調(diào)諧相結(jié)合的高頻LC壓控振蕩器的調(diào)諧方法，令D1串聯(lián)C6串聯(lián)C7為，C9串聯(lián)C12為，D2并聯(lián)C16串聯(lián)C15、C14再并聯(lián)L2為，則，調(diào)諧端用來調(diào)節(jié)容性阻抗、感性阻抗支路；

由于輸出頻率，所以通過改變D1的反偏電壓對輸出頻率進(jìn)行粗調(diào)，改變D2的反偏電壓對輸出頻率細(xì)調(diào)，通過設(shè)定D1、D2反偏電壓的大小使輸出頻率穩(wěn)定，控制波段頻率的非線性度。

優(yōu)選的，三極管T1、T2，型號為BFR360F。穩(wěn)壓二極管Vz1，型號為LM4040A82。電感L1、L2，L1型號為XECJ0402CW220，電感量為22nH, L2型號為XECJ0402CW150，電感量為22nH。

優(yōu)選的，電容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16均為貼片電容，C1、C2、C4的容值為10nF，C3、C5的容值均為1nF，C6、C7的容值為15pF，C8、C10、C11的容值為100pF，C9、C12的容值為1pF，C13的容值為10pF，C14、C15、C16的容值為3.3pF，所有電容選用七專級，精度≤5%。

優(yōu)選的，電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11均為印刷電阻，電阻R1的阻值為36Ω, R2、R3的阻值為12kΩ，R4、R10的阻值為100 kΩ，R5的阻值為51Ω, R6、R8的阻值為10k，R7的阻值為1 kΩ，R9的阻值為300Ω，R11的阻值為100Ω，所有電阻選用七專級，精度≤5%。

本發(fā)明的有益效果是：

1. 本發(fā)明電路的LC諧振網(wǎng)絡(luò)部分，采用了一種基于一只變?nèi)荻O管在LC諧振網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)電抗的容性阻抗形式通過壓控端粗調(diào)，另一只變?nèi)荻O管在LC諧振網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)電抗的感抗支路形式通過壓控端細(xì)調(diào)，具備粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩個(gè)壓控調(diào)諧端；通過調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管反偏電壓的大小，通過粗調(diào)和細(xì)調(diào)相結(jié)合的方法改變變?nèi)荻O管的結(jié)電容，從而改變諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率，最終改變輸出信號頻率。本發(fā)明元器件少，電路簡單，應(yīng)用較廣，是產(chǎn)生高頻振蕩器的經(jīng)濟(jì)有效方法，可廣泛應(yīng)用于手機(jī)、衛(wèi)星通信終端、基站、雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、軍事通信系統(tǒng)、數(shù)字無線通信等電子系統(tǒng)中。

2. 在VCO的LC諧振網(wǎng)絡(luò)中使用兩只變?nèi)荻壒埽丛贚C振蕩回路中加入可變電抗，用低頻調(diào)制信號去控制可變電抗的參數(shù)，即可產(chǎn)生振蕩頻率隨調(diào)制信號變化的調(diào)頻波。本發(fā)明的粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩個(gè)壓控調(diào)諧端有效控制中心頻率穩(wěn)定度、及波段頻率的非線性度，細(xì)調(diào)端壓控靈敏度1.45MHz/V；調(diào)諧電壓0V～5V；粗調(diào)端壓控靈敏度15MHz/V；調(diào)諧電壓2～9V；通過粗細(xì)調(diào)諧相結(jié)合的方式，極大地提高了波段頻率的非線性度、中心頻率穩(wěn)定度；減小了輸出信號近端相噪。本發(fā)明電路輸出頻率為2.2GHz～2.3GHz，輸出中心頻率穩(wěn)定度較高，波段頻率的最大非線性度小于2%，輸出近端相噪小于100dBc/Hz@100Hz。

3. 本發(fā)明后級為三極管的共射級放大電路，T2及周圍電路為該LC壓控振蕩器的放大輸出級，R7、R5、R8構(gòu)成Ⅱ型衰減器，它使壓控振蕩器和放大輸出級隔離，有利于提高壓控振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度。L1為高頻扼流圈，它的作用是為晶體三極管各極提供合適的直流電壓。本發(fā)明供電電壓為12伏，壓控振蕩信號從C8輸出，其電平約為0dbm。為了在線測量，壓控振蕩信號經(jīng)衰減器送至壓控振蕩器輸出測量接頭，電平約為-10dbm。

4. 本發(fā)明壓控振蕩器的輸出頻率約為2.2-2.3GHz，由于振蕩頻率高，晶體管的極間電容、引線電感等參數(shù)對振蕩頻率及工作狀態(tài)都有很大影響，因此對元件、布線、工藝、焊接等的要求非常高，本發(fā)明在布線方面做了特殊處理；本發(fā)明電路采用厚膜絲網(wǎng)印刷工藝，所有電阻精度為±1%，電容精度都小于±5%，選用七專級（精度高，溫漂?。霉ぷ鳒囟确秶鷮挼男酒?，保證了電路精度高、工作溫度范圍寬，由于信號頻率較高，在布線方面也采用高頻布線方式，抗干擾能力強(qiáng)。與傳統(tǒng)的壓控振蕩器電路相比，該發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡單，工作頻率高，具備粗調(diào)和細(xì)調(diào)2個(gè)壓控調(diào)諧端，中心頻率穩(wěn)定度高，輸出波段頻率的非線性度小，輸出信號近端相噪小，電路性能好，固有損耗小，可靠性高，易于大批量生產(chǎn)，價(jià)格低廉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參照圖1，本實(shí)施例是LC諧振網(wǎng)絡(luò)電路、共射級放大電路組成。所述LC諧振網(wǎng)絡(luò)電路包括第一變?nèi)荻O管D1、第六電容C6、第七電容C7、第九電容C9、第十二電容C12、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第二變?nèi)荻O管D2、第一三極管T1、第二電感L2、第十一電阻R11；第一變?nèi)荻O管D1的一端接第四電阻R4的一端、第六電容C6的一端，第一變?nèi)荻O管D1的另一端接地，第四電阻R4的另一端接外部輸入直流電壓信號Vt1，第六電容C6的另一端接第七電容C7的一端，第七電容C7的另一端接第二電阻R2的一端、第六電阻R6的一端、第九電容C9的一端、第一三極管的T1的基級，第二電阻R2的另一端接第一電阻R1的一端、第一穩(wěn)壓二極管Vz1的一端、第三電容C3的一端、第一三極管T1的集電極、第二電容C2的一端，第五電容C5的一端，第一穩(wěn)壓二極管Vz1的另一端、第三電容C3的另一端、第二電容C2的另一端均接地，第一電阻R1的另一端接VCC直流電壓、第一電容C1的一端，第一電容C1的另一端接地，第九電容C9的另一端接第十二電容C12的一端，第十二電容C12的另一端接第一三極管T1的發(fā)射極、第十四電容C14的一端、第二電感L2的一端，第一三極管T1的發(fā)射極接第十一電容C11的一端，第十一電容C11的另一端接第七電阻R7的一端、第五電阻R5的一端，第七電阻R7的另一端接地，第十四電容C14的另一端接第十五電容C15的一端，第十五電容C15的另一端接第十六電容C16的一端、第二變?nèi)荻O管D2的一端，第十電阻R10的一端，第十電阻R10的另一端接外部輸入直流電壓信號Vt2，第二變?nèi)荻O管D2的另一端、第十六電容C16的另一端均接地，第二電感L2的另一端接第十一電阻R11的一端，第十一電阻R11的另一端接地。

所述共射級放大電路包括第七電阻R7、第五電阻R5、第十電容C10、第三電阻R3、第八電阻R8、第二三極管T2、第一電感L1、第四電容C4、第九電阻R9、第十三電容C13、第八電容C8；第七電阻的一端接第十一電容C11的一端、第五電阻R5的一端，第七電阻R7的另一端接地，第五電阻R5的另一端接第十電容C10的一端，第十電容C10的另一端接第三電阻R3的一端、第二三極管T2的基級、第八電阻R8的一端，第三電阻R3的另一端接第五電容C5的一端、第一電感L1的一端、第四電容C4的一端，第八電阻R8的另一端接地，第一電感L1的另一端接第二三極管T2的集電極、第八電容C8的一端，第四電容C4的另一端、第五電容C5的另一端均接地，第二三極管T2的發(fā)射級接第九電阻R9的一端、第十三電容C13的一端，第九電阻R9的另一端、第十三電容C13的另一端接地，第八電容R8的另一端接輸出。

工作原理：LC諧振網(wǎng)絡(luò)中利用變?nèi)荻壒芙Y(jié)電容隨反向偏置電壓VT變化而變化的特點(diǎn)：VT=0V時(shí)，是最大值，一般變?nèi)荻壒躒T落在2-8V間，呈線性變化，VT在8-10V則一般為非線性變化，VT在10-20V時(shí)，非線性十分明顯，它的結(jié)電容與反向電壓存在如下關(guān)系：

，結(jié)合低噪聲振蕩電路制作成為基于兩只變?nèi)荻O管的壓控振蕩器，當(dāng)改變變?nèi)荻壒艿姆雌妷?，振蕩器振蕩頻率隨之改變。

本發(fā)明中D1、C6、C7、C9、C12、C14、C15、C16、D2、T1、L2構(gòu)成LC諧振網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)LC諧振網(wǎng)絡(luò)分為感性阻抗和容性阻抗，感性阻抗有兩支分路組成，一支為三極管T1基級—發(fā)射極支路：C9串聯(lián)C12；另一條支路為三極管TI集電極—發(fā)射極：C16并聯(lián)D2再串聯(lián)C15、C14然后與L2并聯(lián)（R11可忽略）；容性阻抗是三極管T1基級—集電極支路：由D1串聯(lián)C6再串聯(lián)C7組成。

令D1串聯(lián)C6串聯(lián)C7為C₁，C9串聯(lián)C12為C₂，D2并聯(lián)C16串聯(lián)C15、C14再并聯(lián)L2為C₃，則LC諧振網(wǎng)絡(luò)中的容抗，調(diào)諧端用來調(diào)節(jié)容性阻抗C₁、感性阻抗支路C₃。由于LC諧振網(wǎng)絡(luò)輸出頻率，所以通過改變D1的反偏電壓能對輸出頻率進(jìn)行粗調(diào)，改變D2的反偏電壓能對輸出頻率細(xì)調(diào)，通過設(shè)定D1、D2反偏電壓的大小不僅可使輸出頻率穩(wěn)定，而且能有效的控制波段頻率的非線性度。后級為三極管T2的共射級放大電路。T2及周圍電路為該LC壓控振蕩器的放大輸出級，R7、R5、R8構(gòu)成Ⅱ型衰減器，它使壓控振蕩器和放大輸出級隔離，有利于提高壓控振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度。L1為高頻扼流圈，它的作用是為晶體三極管各極提供合適的直流電壓。本發(fā)明供電電壓為12伏，壓控振蕩信號從C8輸出，其電平約為0dbm。為了在線測量，壓控振蕩信號經(jīng)衰減器送至壓控振蕩器輸出測量接頭，電平約為-10dbm。

圖1中三極管T1、T2，型號為BFR360F,變?nèi)荻O管D1、D2，型號為BBY55-02V，穩(wěn)壓二極管Vz1，型號為LM4040A82，電感L1、L2，L1型號為XECJ0402CW220，電感量為22nH，L2型號為XECJ0402CW150，電感量為22nH,電容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16均為貼片電容，C1、C2、C4的容值為10nF，C3、C5的容值均為1nF，C6、C7的容值為15pF，C8、C10、C11的容值為100pF，C9、C12的容值為1pF，C13的容值為10pF，C14、C15、C16的容值為3.3pF，所有電容選用七專級，精度≤5%；電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11均為印刷電阻，電阻R1的阻值為36Ω, R2、R3的阻值為12kΩ, R4、R10的阻值為100 kΩ，R5的阻值為51Ω，R6、R8的阻值為10k，R7的阻值為1 kΩ，R9的阻值為300Ω，R11的阻值為100Ω，所有電阻選用七專級，精度≤5%。

本發(fā)明在布線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行變化，在高頻信號線間加入一根地線，能起到更好的屏蔽作用；電源線和地線盡可能靠近，兩電源線之間、兩地線之間盡可能寬，能減少更多的電磁兼容問題，元件走線盡可能短，線越短電阻越小，干擾越小；在同一平面減少平行走線的長度，當(dāng)長度大于150mm時(shí)，絕緣電阻明顯下降，高頻時(shí)易串繞等。

實(shí)施例

進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證，首先進(jìn)行OUT粗調(diào)端測試：OUT粗調(diào)端Vt1測試時(shí)，Vt2細(xì)調(diào)端設(shè)置為0V；OUT輸出接“DC隔直器”，再接頻譜分析儀；Vt1粗調(diào)端的電壓從2V～8V變化，每隔1V，測試一次。OUT細(xì)調(diào)端測試：OUT 細(xì)調(diào)端測試時(shí)，粗調(diào)端Vt1電壓設(shè)置為5V；OUT輸出接“DC隔直器”，再接頻譜分析儀；Vt1細(xì)調(diào)端的電壓從2V～8V變化，每隔1V，測試一次。如果頻譜分析儀在其他界面，先按“MARK”，再按“F3”，再按“PEAK”。Vt1粗調(diào)端的電壓每變一次，重新按F3”，再按“PEAK”。在整個(gè)過程中，根據(jù)輸出頻率的不同，不斷的需要設(shè)置頻寬，頻寬越窄，測試精度越高。其次對1#～4#產(chǎn)品中LC諧振網(wǎng)路中的電容進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如表1所示，由表1可以看出不變的電容值為C₇=10p，C₁₂=0.5p，C₁₄=1p，C₁₅=0.5p，C₁₆=1p；可調(diào)的電容值為C₆=8.2p～10p，C₉=0.5p～1.5p，C₆、C₇串聯(lián)C_6、7越低，輸出頻率線性度越高，C_6、7主調(diào)線性，但影響頻率；C₉、C₁₂串聯(lián)，C_9、12越低，輸出頻率越高，C_5、6主調(diào)頻率，C₁₄、C₁₅、C₁₆一般不做調(diào)整。分別對1#～4#產(chǎn)品進(jìn)行測試，測試結(jié)果表2所示。通過實(shí)際產(chǎn)品調(diào)試驗(yàn)證，在粗調(diào)端Vt1和細(xì)調(diào)端Vt2調(diào)節(jié)受控電壓，這種粗細(xì)調(diào)諧相結(jié)合的方式，極大地提高了波段頻率的非線性度、中心頻率穩(wěn)定度。

表1

表2

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