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［１］。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和S22均应大于1，稳定系数k＜1，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Ｚm=Rin＋jXin，输入端反射系数为Γ1，看向谐振网络的阻抗为Ｚg=Rg＋jＸg,相应的反射系数为Γg，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，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｜Γg｜和｜ΓL｜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（Pout－Pin）最大，也就是使放大器的（Pout－Pin）最大，由放大器的输出功率经验公式知：
式中Pin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（Pout－Pin）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
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［２］，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P1dB＝21dBm，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γ＝1.25，Q＝1500，电容变化比等于10，控制电压范围2～20 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
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、δ=1.5的微带陶瓷基片上。其实验结果如下：
（１）工作频段：fo±10MHz
（２）输出功率：≥120mW
（３）杂波谐波抑制比：≥60dBc
（４）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。从设计实例和实验结果可见，电路仿真与实验结果基本上是一致的，说明使用仿真软件设计微波电路具有实际的应用价值。
参考文献
［１］费元春，等微波固态频率源理论、设计、应用［Ｍ］北京：国防工业出版社，1994
［２］周邦华.微波固态FM压控振荡器的设计［Ｊ］.电子技术参考，1995，（３）．
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