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硅三极管微波振荡器

2021.8.27

  硅三极管微波振荡器是微波通信和测量中十分重要的部件,它的主要特点是调频噪声与相位噪声低、频率温度稳定性高,其成就可大致分两个方面,即高性能三极管介质谐振振荡器(DRO)和超小型的微波单片集成电路压控振荡器(MMIC VCO)。

  (1)高性能三极管DRO:在L~S 波段,前期发展起来的三极管与微带线混合集成的所谓固态微波源,适应了当时设备减体减重的迫切需要,蓬勃发展起来,甚至今天还在使用着。但是这种振荡器的微带谐振器品质因数低,以至在不太宽温度范围内(-10~55℃),频率稳定度大致只能达到±5×10-3,即便经温度补偿,也不过在大约 ±2×10-3~±5×10-4范围。

  高Q介质谐振荡器(DR)的出现,促进了微带线混合集成微波振荡器的发展,使其主要性能指标有较大的提高。近年来已经达到比较高的水平。在-5~85℃宽温度范围内,频率温度稳定性可达到±5×10-3~ ±1×10-5。与FET管微波振荡源相比,相位噪声也是最低的。例如在10GHz,10kHz频偏下,相位噪声可达到-120dBc/Hz,在100kHz频偏下,可达-100~110dBc/Hz,比稳定的FET振荡器的相位噪声要好5~10dB。

  这类微波振荡器将随着HBT的发展,不断向更高的频率(如毫米波)方向发展,形式多样、性能优良、价格低廉,在军民产品中都有较强的生命力。

  (2)MMIC VCO超小型微波源:第二个发展成就是超小型微波振荡器方面。MMIC VCO的结构特点是由单片集成电路结合改进型的带状线腔体及采用CAD的温度补偿电路而组成,属微组装产品。其性能为超小型,电参数指标比较好,可靠性高,一致性好,便于大规模系列化生产,因此价格低廉。在无绳电话等一系列民用产品中普遍被采用。

  MMIC VCO的又一应用是构成小型、高稳定度的微波锁相振荡器。将晶体标准源、鉴相器、压控振荡器等整个锁相环路混合集成为一整体。一体化的恒温措施,或数字环路控制,使锁相源的主要性能指标之一的长期稳定度达±2×10-8/日到±5×10-11/日。对于在S波段这样高的指标和超小型要求,相同波段的波导腔振荡器和介质腔振荡器是不能胜任的,而MMIC VCO则表现出了突出的优越性。

  此外,随着HBT的发展,近来也出现了以HBT管构成的HBT VCO,它是MMIC的一种宽压控范围的VCO。电调电压0.4~25V,频率变化范围为7~15GHz,输出功率为9dBm,功率5~15mW,频偏100kHz下全频段相位噪声小于-75dBc/Hz。连同缓冲放大级在内,制作在0.8x1mm2的片子上。此例也是硅三极管宽压控范围振荡器MMCI特性的典型代表。

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