2.4G压控振荡器的原理

压控振荡器
一、实验目的
1．掌握压控振荡器工作原理及各项性能指标的意义。

2．掌握压控振荡器的测量方法，特别是频率/电压特性的测量及频率/电压斜率计算。

3．学习压控振荡器设计，熟悉其电路结构。

4．掌握微波频谱仪及频率扩展器的使用。

二、实验原理
压控振荡器模块在RZ 9905-R 微波接收实验系统箱内，电路如图3-1所示，它由12T T 、两只晶体三极管及变容二极管3T 等电路组成，13T T 、及周围电路组成频率可变的电容反馈三点式振荡器（又称考必兹振荡器），其等效电路如图3-2所示。

回路电容ec eb C C 、为晶
图3-1 压控振荡器图
体管极间电容，13b L C T 、、串联后构成回路电感。

b L 为晶体管基极引线电感，约为10nH 。

变容二极管3T 的作用是，当外加控制电压经电阻1R 加到它上面，变容管3T 的等效电容随外加电压变化而攺变，因此图3—2所示电路中振荡回路的自然谐振频率随之改变。

从而，当外加控制电压变化时，能攺变压控振荡器的振荡频率。

该压控振荡器的频率约为
2.2-2.5GHz ，由于振荡频率高，晶体管的极间电容、引线电感等参数对振荡频率及工作状态都有很大影响，因此，微波模块对元件、布线、工艺、焊接等的要求非常高。

图3-2 压控振荡器等效电路
图3-1中，2T 及周围电路为压控振荡器的放大输出级。

567R R R 、
、构成 型衰减器，它使压控振荡器和放大输出级隔离，有利于提高压控振荡器的频率稳定度。

12345L L L L L 、、、、为高频扼流圈，它们的作用是为两晶体三极管各极提供合适的直流电压。

本模块供电电压为12伏，压控振荡信号从6C 输出，其电平约为0dbm 。

为了在线测量，压控振荡信号经衰减器送至压控振荡器输出测量接头，电平约为-10dbm 。

三、实验仪器
1. 压控振荡器模块
2．AT5011频谱仪
3 AT5000F2频率扩展器
四、实验内容
1. 观察压控振荡器输出信号频谱；
2. 测量压控振荡器输出频率可调范围；
3. 测量压控振荡器的输出频率为2.4GHz 时信号功率和对应的压控电压；
4. 测量压控振荡器输出频率/电压、功率/电压控制特性；
5．观察压控振荡器结构。

五、实验电路连接
图3-3 压控振荡器实验连接框图
六、实验步骤
1．压控振荡器实验时，首先要将面板“压控/扫频”开关置于“压控”位，使压控振荡器工作于压控状态。

2．接通压控振荡器12V电源开关，相应模块内黄色电源指示灯亮。

3．将AT5000F2频率扩展器输出用专用电缆与AT5011频谱仪输入(INPUT 50 )连接，并将AT5000F2频率扩展器输入用测试电缆连接在“压控振荡器输出测量”的50Ω同轴接头上。

并将电压表红表笔接“扫描/压控电压测量”孔，黑表笔接“GND”或接组件外壳（如任一镀金的连接接头等）。

4．AT5011频谱仪扫频宽度(SCANWIDTH)置于100MHz/格，视频滤波(VIDEO FILTER)置于ON，中频带宽(BAND WIDTH)置于20KHz。

5．中心频率/标记(CF/MK)置OFF，此时中心频率(CF)指示灯亮，数字显示窗将显示中心频率。

旋转中心频率粗/细调(CENTERFREQ FINE)，使数字显示窗的频率读数为400.0MHz 6．压控振荡器输出信号频谱观察。

从AT5011频谱仪显示屏上可以看到压控振荡器输出信号频谱为线谱，如图3-4所示，并且调节“压控频率调节”电位器，电压表指示的电压随之攺变，同时频谱仪显示屏上线谱竖线的位置会左右移动。

由此可见，压控振荡器的频率随压控电压攺变而变化。

7．测量压控振荡器输出频率可调范围。

将频谱仪中心频率/标记(CF/MK)置ON，此时频标(MIK)指示灯亮，数字显示窗将显示频标所指示的频率。

调节“压控频率调节”电位器，顺时针旋转到头，此时控制电压最大，约为12V，对应的压控振荡器频率为最高。

旋转频标位置旋纽(MARKER)使频标竖线与压控振荡器信号谱线重叠，则数字显示窗将显示压控振荡器最高信号的频率。

反之，调节“压控频率调节”电位器，逆时针旋转到头，此时控制电压最小，约为0V，对应的压控振荡器频率为最低。

旋转频标位置旋纽(MARKER)使频标竖线与压控振荡器信号谱线重叠，则数字显示窗将显示压控振荡器最低信号的频率。

记录压控振荡器最高和最低信号的频率即为压控振荡器输出频率可调范围。

图3-4 压控振荡器输出信号频谱
由于压控振荡器频率大于2GHZ ，因此使用安泰信AT5011频谱仪测量时需加扩展器AT5000F 。

此时，被测频率应为AT5011频谱仪数字显示窗所示频率与2GHZ 之和。

8．测量压控振荡器的输出频率为2.395GHz 时信号功率和对应的压控电压。

先测量压控电压。

将频谱仪中心频率/标记(CF/MK)置ON ，此时频标(MIK)指示灯亮，数字显示窗将显示频标所指示的频率。

旋转频标位置旋纽(MARKER)使数字显示窗显示400MHz ，仔细调节“压控频率调节”电位器，使频标竖线与压控振荡器信号谱线重叠，则压控振荡器输出信号频率为2.4GHz ，记录此时电压表的电压读数，它就是2.395GHz 对应的压控电压。

测量压控振荡器的输出频率为2.395GHz 时信号功率。

测量信号功率时，中频带宽应选择400KHz 档，视频滤波应放在OFF 。

为防止频谱仪过载(即输入信号功率过大)，开始输入四个衰减器(ATTN)全部接通衰减为40dbm ，此时频谱仪显示器顶格功率为+13dbm ，纵轴功率刻度10dbm/格。

根据谱线的高度可估算该信号的功率。

若谱线太低，可减小输入衰减器的衰减，四个衰减器按键每弹起一个，衰减减小10dbm ，谱线相应提高一格，相应功率读数减小10dbm ，四个按键都弹起最多能提高四格，相应功率读数减小40dbm 。

根据频线的高度和衰减器状态便能确定信号功率。

实测2.395GHz 时压控振荡器输出端信号功率约为0dbm ，而“压控振荡器输出测量”接头上信号功率约为-10dbm 。

9. 测量压控振荡器输出频率/电压、功率/电压控制特性。

测量压控振荡器压控电压、频率和功率，并将结果填入下述的表格中。

每隔1V ，测量一次压控振荡器的频率与功率。

压 控
电压（V ）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 频 率
(GHZ ）
输出功率
dbm
依据上述表中数据可画出如下曲线：
根据曲线可求得频率/电压斜率。

频率/电压斜率是与电压大小有关的变量，如V1-V2之间的频率/电压斜率为：
七、参考实验结果
频率可调范围： 2.206 GHZ-2.503GHZ （参考）
输出幅度：“压控振荡器输出测量”点上测得的幅度，≥0dbm
八、实验注意事项
1．压控振荡器实验时，“扫描/压控”开关必需置于压控位。

2．由于压控振荡器中心频率为2.206 GHZ-2.503GHZ ，因此，使用安泰信AT5011频谱仪测量时，需加扩展器AT5000F2。

3．加扩展器AT5000F2后其频率读数应为AT5011频谱仪数字显示窗所示频率与2GHZ 之和。

4．采用扩展器AT5000F2测试时通常无法测量压控振荡器的各次谐波(已超出仪表频率范围)。

5．测试时注意AT5011频谱仪各开关旋纽的位置设置。

6．微波测量时应特别注意防止干扰，暂时不用的微波部件，其电源应切断，实验电路连接应牢固可靠，并尽可能地避免外界电磁干扰。

f2—f1 V2—V1。