接收機(jī)高頻頭微波振蕩器的穩(wěn)頻方法

萬云芳 馮祝


　　1、引言


　　在衛(wèi)星電視接收機(jī)的高頻頭中，本機(jī)振蕩器的工作頻率很高，處在微波頻段。根據(jù)下變頻的要求，本機(jī)振蕩頻率與輸入信號頻率相差一個(gè)中頻，第一中頻的頻率范圍為950~1 450 MHz，對于C波段，通常采用高本振方案，輸入信號的頻率范圍為3.70~4.20 GHz，本振頻率為5.15 GHz；對于Ku波段，通常采用低本振方案，輸入信號的頻率范圍為11.70~12.20 GHz，本振頻率為1.075 GHz。


　　由于高頻頭放置于室外，環(huán)境溫度變化形成較大的溫差，往往會(huì)使本振頻率產(chǎn)生漂移，引起中頻信號中心頻率的偏移，從而產(chǎn)生“跑臺”現(xiàn)象。因此，要求本振頻率在不同的環(huán)境溫度中（-30~＋60℃）產(chǎn)生的最大頻偏小于±2 MHz。


　　振蕩器常用的穩(wěn)頻方法有3種：晶振倍頻法、鎖相環(huán)穩(wěn)頻法和高Q值諧振腔穩(wěn)頻法。


　　2、晶振倍頻法


　　因?yàn)榫�體工作頻率一般不能很高，所以先在較低的頻率上構(gòu)成一個(gè)晶體振蕩電路，然后利用非線性電路得到該振蕩頻率的高次諧波，通過選頻回路選出該高次諧波分量，再進(jìn)行放大。由于倍頻的倍數(shù)較大，通常需要使用多級倍頻器級聯(lián)。這種穩(wěn)頻方式雖然能獲得較高的穩(wěn)定度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大、效率低、諧波干擾大，僅在早期的微波通信中得到應(yīng)用。


　　3、鎖相環(huán)穩(wěn)頻法


　　鎖相環(huán)穩(wěn)頻法產(chǎn)生振蕩信號的原理如圖2所示。微波振蕩器由壓控振蕩器形成，在輸出端取出一部分能量，經(jīng)微波分頻后，與一個(gè)晶體振蕩器產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率進(jìn)行相位比較，得到的誤差信號經(jīng)環(huán)路濾波器平滑濾波后，用來控制微波壓控振蕩器的控制電壓，使得振蕩器的頻率與基準(zhǔn)頻率鎖定。這種穩(wěn)頻方法可使微波振蕩器的頻穩(wěn)度與晶振的頻穩(wěn)度保持在同一數(shù)量級上，效果最好，本振相位噪聲最低，只是電路較復(fù)雜，成本較高，主要用于衛(wèi)星數(shù)字電視、衛(wèi)星數(shù)字通信等要求較高的場合。在25℃測試條件下，對于C波段、Ku波段單本振單極化數(shù)字寬帶鎖相環(huán)高頻頭，采用PLL鎖相技術(shù)后，本振穩(wěn)定性較好，一般本振頻率穩(wěn)定度為±100 kHz；對于C/Ku雙波段雙本振雙極化單輸出（或雙輸出）高頻頭，一般本振頻率穩(wěn)定度為±500 kHz。






　　4、高Q值諧振腔穩(wěn)頻法



　　高Q值諧振腔穩(wěn)頻法不需對振蕩頻率進(jìn)行分頻或倍頻處理，而直接在工作頻率上對振蕩器進(jìn)行穩(wěn)頻。穩(wěn)頻效果的好壞與高Q值諧振腔的Q值有關(guān)。Q值越高穩(wěn)頻效果越好，一般要求高Q值諧振腔的空載Q值高達(dá)幾千甚至數(shù)萬。在早期，為了獲得高Q值、低溫度系數(shù)的諧振腔，采用殷鋼通過精密加工得到。這種波導(dǎo)腔體積大，成本高，隨著新型微波陶瓷介質(zhì)材料制造技術(shù)的進(jìn)步，一種新型的微波介質(zhì)諧振器得到廣泛的應(yīng)用。


　　這種微波介質(zhì)諧振器采用低損耗、大相對介電常數(shù)（ε�玶）的復(fù)合陶瓷材料制成。由于��ε�玶很高，使得介質(zhì)材料中的電磁波在介質(zhì)和空氣的交界面上產(chǎn)生全反射或近似全反射，這種特性使得介質(zhì)振蕩器內(nèi)部的能量產(chǎn)生電磁振蕩，且不會(huì)穿過介質(zhì)表面而迅速衰減。為了使介質(zhì)諧振器的穩(wěn)頻效果更好，選用多種諧振模式中的高�玅值模式，而抑制其他模式。通常介質(zhì)振蕩器厚度L應(yīng)滿足L<λ�玤/2，��λ�玤為介質(zhì)中的波長：


　　λ�玤=��λ/ε�玶��1/2


　　由于介質(zhì)諧振器的��ε�玶很大，約35~45，因而介質(zhì)中的波長很短，介質(zhì)諧振器的體積很小。介質(zhì)諧振器的固有諧振頻率主要取決于介質(zhì)的形狀和尺寸，目前，常用的介質(zhì)諧振器的形狀有方形、圓柱形和圓環(huán)形，圓柱形用的最多。介質(zhì)諧振器的固有諧振頻率是指介質(zhì)諧振器處于自由空間時(shí)的諧振頻率，實(shí)際使用中，當(dāng)它放置于其他介質(zhì)材料或?qū)�體上時(shí)，其諧振頻率就會(huì)改變，其原因是有一部分電磁場分布于其外表，當(dāng)它靠近其他介質(zhì)或?qū)�體時(shí)，其外部的電磁場分布規(guī)律就會(huì)發(fā)生變化，一般情況下，當(dāng)它靠近金屬導(dǎo)體時(shí)，諧振頻率就會(huì)升高，而靠近介質(zhì)材料時(shí)諧振頻率就會(huì)下降。我們正是利用這一特性，微小調(diào)節(jié)金屬導(dǎo)體與介質(zhì)振蕩器的距離，便可改變介質(zhì)振蕩器的諧振頻率。


　　介質(zhì)振蕩器與其他電路（如微帶電路）的耦合同樣是利用介質(zhì)振蕩器外部電磁場分布特性來解決的。利用介質(zhì)振蕩器的磁場與微帶電路上的微帶線的交鏈實(shí)現(xiàn)能量的耦合，耦合的強(qiáng)弱可以通過改變二者的距離來調(diào)節(jié)，一般情況下，距離越小，耦合越強(qiáng)，但介質(zhì)振蕩器的有載�玅��值將會(huì)下降，使用中必須根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。


　　5、結(jié)束語


　　高Q值諧振腔穩(wěn)頻的介質(zhì)振蕩器的Q��值高、體積小、穩(wěn)定度系數(shù)可根據(jù)需要選擇，且成本極為低廉，采用這種介質(zhì)振蕩器穩(wěn)頻的微波振蕩器，無論在體積、復(fù)雜程度和成本上，都大大優(yōu)于前兩種方法，而且在性能上完全滿足衛(wèi)星電視接收的要求。因此，目前絕大多數(shù)衛(wèi)星電視接收機(jī)的高頻頭本振都采用這種穩(wěn)頻方法。




　　
摘自　中國有線電視