电子系统RF与天线第四章11频综

第四章信号的产生 —频率综合技术在现代电子通信系统中，稳定的重复波 形信号(正弦波、非正弦波) 是必不可少 的。多种情况下，需要的频率还不止一个， 且有一定的同步要求。因此，信号产生、 信号同步、频率合成都是电子系统的基本 组成部分，有时甚至成为通信系统的关键 技术之一。本章主要介绍振荡器、锁相环及频 率合成技术。

4.1 振荡器一、基本要求 振荡定义为在两个状态或两个条件之 间的周期变动。

根据Barkhause准则，电路要想维持振 荡，必须满足：(1)反馈环路的净增益必须大于或等于1 (2)环路中信号的净相移必须是360°的 正整数倍(正反馈)。

4.1 振荡器因此，实际的振荡器必须有以下组成部 分： 1.放大 提供>=1的正增益，故振荡器必为有源 电路。 2.正反馈 必须要有将输出信号送回输入端的信号 通路，且为正反馈，并满足相移条件。

4.1 振荡器3.频率决定条件 决定振荡器工作频率的元件如： 电阻、电容、电感、晶体等 4.电源 必须要有外加能源以确保增益>=1 震荡器必为有源电路！

二、振荡器的基本数学模型Vi + 加法器 V4 V2 Ad 放大器 V3

反馈网络 β

V2 Vi V4 ,

V3 AdV2

V4 V3 ,

Ad V3 Vi , 1 Ad

二、振荡器的基本数学模型闭环电路增益Vout V3 Ad Al Vi Vi 1 Ad 在上式中，若对某个频率 βAd=-1, Al→∞

此时电路将发生振荡，而不需要 外部输入信号。 震荡器中放大的是什么？

三、振荡器的主要电性能指标1.工作频率(可调范围) 2.频率稳定度 (时域→阿伦方差 频域→ 相位噪声) 3.输出功率 4.失真(主要是谐波) 5.精度要求→用相对准确度来衡量 工程上还有成本、体积、功耗、可靠 性等要求。

四、基本振荡器类型1.文氏电桥振荡器 利用超前滞后网络作反馈支路的振荡 器。超 前 滞 后 网 络

R1 C1

Rf=2 Ri+

R2

C2

-

A

Ri

1.文氏电桥振荡器β 1/2

R1 R2 , C1 C21 f0 2 RC

f0

f

反馈网络的转移特性曲线

四、基本振荡器类型2.Hartley振荡器(电感三端振荡器)C1

f0

1 2 LC

L2

L1

L L1 L2 , C C1

Hartley振荡器原理图

2.Hartley振荡器Hartley振荡器电路图Vcc 隔直

R1耦合 C3 R2

L∞C2 L2 L1 C1

四、基本振荡器类型注意：

Hartley振荡器工作是否正常主要由电 感抽头(L1 ,L2的比值)决定。反馈能 量太小，不易振荡，反馈能量太大，晶 体管要饱和，相位噪声要大幅增加。

四、基本振荡器类型3.Copitts振荡器(电容三端)L

C1

C2

Copitts振荡器原理图

3.Copitts振荡器Copitts振荡器电路图Vcc R1 L∞

2 LC 1 1 1 C C1 C2C2

f0

1

C3

R2C1

L

四、基本振荡器类型4.clapp振

荡器(改进的copitts振荡器) L C3 1 f0 2 LC X1 1 1 1 1 C C1 C2 C3 C1 C2(X2) (X3)

C3 C1 , C2

clapp振荡器原理图(实际电路中常用)

5.振荡器的低噪声设计5.振荡器的低噪声设计 振荡器的设计目标之一就是低噪声， 以clapp振荡器为例，理论分析表明，振 荡器输出相位噪声为2 4kTRs NF f0 1 S ( f ) 2 Vs 2QL f NF 噪声系数

QL 振荡回路有载品质因素 f 付氏频偏