一种超宽倍频程压控振荡器.pdf

本发明涉及频率合成领域，具体涉及一种超宽倍频程压控振荡器。该超宽倍频程压控振荡器技术方案中，外部输入可变电压源VT至VCO，VCO输出相应的频率至Mix，同时OSC输出预设固定频率信号至Mix，Mix混频后输出由高频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器OSC的和频率信号及差频率信号混合而成的待滤波信号，最后LPF滤掉和频率信号，只输出差频率信号。该压控振荡器的频率输出覆盖频段宽，改变固定频率振荡器的输出以及对应的低通滤波器的通带范围即可改变压控振荡器的输出范围，压控振荡器的输出频率灵活可变，电路结构简单且易于实现，系统复杂度低。

权利要求书1.  一种超宽倍频程压控振荡器，其特征在于，所述超宽倍频程压控振荡器 包括：高频段压控振荡器（VCO），固定频率振荡器（OSC），混频器（Mix）以 及低通滤波器（LPF）；其中， 所述高频段压控振荡器（VCO）用于接收外部输入的可变电压源VT，所述 可变电压源VT控制高频段压控振荡器（VCO）谐振回路中的可变电容，实现电 压-频率转换，由高频段压控振荡器（VCO）得到相应的频率fV并输出； 所述固定频率振荡器（OSC）用于根据超宽倍频程压控振荡器所要求的频 率输出范围以及高频段压控振荡器（VCO）固有的频率调节范围，确定预设固 定频率信号fc并输出； 所述混频器（Mix）用于接收来自高频段压控振荡器（VCO）和固定频率振 荡器（OSC）的频率信号，对二者进行混频，得到由高频段压控振荡器（VCO） 和固定频率振荡器（OSC）的和频率信号以及差频率信号混合而成的待滤波信 号； 所述低通滤波器（LPF）用于对所述待滤波信号进行滤波操作，将其中的高 频段压控振荡器（VCO）和固定频率振荡器（OSC）的和频率信号滤掉，选择 输出高频段压控振荡器（VCO）和固定频率振荡器（OSC）的差频率信号，完 成超宽倍频程压控振荡的实现过程。

说明书一种超宽倍频程压控振荡器
技术领域
本发明涉及频率合成领域，具体涉及一种超宽倍频程压控振荡器 （Voltage Controlled Oscillator,VCO）。
背景技术
超宽带频率源已广泛应用于通信、测控、雷达、电子对抗以及其他电子 系统，成为不可或缺的核心组成部分。超宽带、高性能、小型化的VCO作为 可调信号发生器用以实现频率合成器的快速频率调谐，是超宽带频率源的关 键部件。目前，超宽带VCO大都经频段划分，采用多个VCO切换以实现超宽 带，但该方法增加了系统的复杂度，不易实现，且扫频输出频谱在分段处不 连续。因此，如何提供性能优良、稳定可靠的一段式超宽倍频程压控振荡器 成为一项重要研究课题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种一段式超宽倍频程压控振荡器，要 求其能够避免当前超宽倍频程压控振荡器所采用的频段划分、多VCO切换 实现方式。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种超宽倍频程压控振荡器，所述超 宽倍频程压控振荡器包括：高频段压控振荡器VCO，固定频率振荡器OSC， 混频器Mix以及低通滤波器LPF；其中，
所述高频段压控振荡器VCO用于接收外部输入的可变电压源VT，所述可 变电压源VT控制高频段压控振荡器VCO谐振回路中的可变电容，实现电压- 频率转换，由高频段压控振荡器VCO得到相应的频率fV并输出；
所述固定频率振荡器OSC用于根据超宽倍频程压控振荡器所要求的频 率输出范围以及高频段压控振荡器VCO固有的频率调节范围，确定预设固定 频率信号fc并输出；
所述混频器Mix用于接收来自高频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器 OSC的频率信号，对二者进行混频，得到由高频段压控振荡器VCO和固定频 率振荡器OSC的和频率信号以及差频率信号混合而成的待滤波信号；
所述低通滤波器LPF用于对所述待滤波信号进行滤波操作，将其中的高 频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器OSC的和频率信号滤掉，选择输出高 频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器OSC的差频率信号，完成超宽倍频程 压控振荡的实现过程。
（三）有益效果
本发明技术方案中，外部输入可变电压源VT至VCO，VCO输出相应的 频率至Mix，同时OSC输出预设固定频率信号至Mix，Mix混频后输出由高频 段压控振荡器VCO和固定频率振荡器OSC的和频率信号及差频率信号混合 而成的待滤波信号，最后LPF滤掉和频率信号，只输出差频率信号。
该压控振荡器的频率输出覆盖频段宽，改变固定频率振荡器的输出以及 对应的低通滤波器的通带范围即可改变压控振荡器的输出范围，压控振荡器 的输出频率灵活可变，电路结构简单且易于实现，系统复杂度低。
附图说明
图1为本发明超宽倍频程压控振荡器的结构框图。
图2为本发明技术方案实施过程中实现超宽倍频程压控振荡的流程图。
图3为本发明技术方案实施过程的原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
LC振荡器的谐振回路一般由高品质因数（Q值）的固定值电感和可变 电容（变容二极管）构成，但通常情况下，工程实际应用中可变电容的电 容值及其变化范围均较小。要求振荡器的输出频率为fc，由谐振频率公式 可知，宜选用较大值的电感和较小值的电容实现。
由谐振频率公式可得对于设计频率变化范围较大的VCO 而言，宜选用较大值的电感以及对应电容值及其变化范围均较小的电容来实 现。但目前的集成电路工艺实现不了高Q值的大电感值电感，而LC谐振回路 的Q值主要受电感的Q值影响，因此很难实现超宽倍频程的压控振荡器。
采用微带线可获得高Q值的小电感值电感，配合选用电容值及其变化范 围均较小的电容，这样可获得高频段压控振荡器，其频率值较高且绝对带宽 均较宽。基于此，本发明提供了一段式超宽倍频程压控振荡器，如图1所示， 主要包括高频段压控振荡器（VCO），固定频率振荡器（OSC），混频器（Mix） 以及低通滤波器（LPF），以上四部分等效为一超宽倍频程压控振荡器；其中，
VT为外部输入可变电压源，用于调节高频段压控振荡器VCO谐振回路中 可变电容（变容二极管）的偏压；
所述高频段压控振荡器VCO是一种由外加可变电压源控制以产生相应 频率的信号发生器，即电压-频率（V-F）转换电路，其对应关系一般为线性 数学关系；所述高频段压控振荡器VCO用于接收外部输入的可变电压源VT， 所述可变电压源VT控制高频段压控振荡器VCO谐振回路中的可变电容，实现 电压-频率转换，由高频段压控振荡器VCO得到相应的频率fV并输出；
所述固定频率振荡器OSC用于根据超宽倍频程压控振荡器所要求的频 率输出范围以及高频段压控振荡器VCO固有的频率调节范围，确定预设固定 频率信号fc并输出；
所述混频器Mix用于接收来自高频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器 OSC的频率信号，对二者进行混频，得到由高频段压控振荡器VCO和固定频 率振荡器OSC的和频率信号以及差频率信号混合而成的待滤波信号；
所述低通滤波器LPF用于对所述待滤波信号进行滤波操作，将其中的高 频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器OSC的和频率信号滤掉，选择输出高 频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器OSC的差频率信号，完成超宽倍频程 压控振荡的实现过程。
如图2所示，为本发明技术方案实施过程中实现超宽倍频程压控振荡的 流程图，具体包括：
步骤S1：外部输入可变电压源VT至高频段压控振荡器VCO，控制高频段 压控振荡器VCO谐振回路中的可变电容，实现电压-频率转换，高频段压控 振荡器VCO得到相应的频率fV并输出；
步骤S2：固定频率振荡器OSC根据超宽倍频程压控振荡器所要求的频率 输出范围以及高频段压控振荡器VCO固有的频率调节范围，确定预设固定频 率信号fc并输出；
步骤S3：混频器Mix接收来自高频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器 OSC的频率信号，对二者进行混频，得到由高频段压控振荡器VCO和固定频 率振荡器OSC的和频率信号以及差频率信号混合而成的待滤波信号；
步骤S4：低通滤波器LPF对所述待滤波信号进行滤波操作，将其中的高 频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器OSC的和频率信号滤掉，选择输出高 频段压控振荡器VCO和固定频率振荡器OSC的差频率信号，完成超宽倍频程 压控振荡的实现过程。
如图3所示，为上述过程的具体说明。
其中，fV为VCO的信号输出所对应的频率，fc为OSC的信号输出所对应 的频率，t为时间。
首先，外部输入可变电压源VT至VCO，VCO输出Cos2Πfvt至Mix，同时 OSC输出Cos2Πfct至Mix，Mix混频后输出由高频段压控振荡器VCO和固定频 率振荡器OSC的和频率信号Cos2Π(fv+fc)t以及差频率信号Cos2Π(fv-fc)t混合而成 的待滤波信号，最后LPF滤掉和频率信号Cos2Π(fv+fc)t，只输出差频率信号 Cos2Π(fv-fc)t。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例
以设计频率范围为0.1GHz～2GHz的超宽倍频程的VCO为例进行分析，具 体实施所需的各部分如下：
1.选取高频段VCO的频率变化范围为2GHz～4GHz，粗略计算可得固定 值电感为0.56nH，对应的电容变化范围为2.83pF～1.26pF；
2.选取2GHz的固定频率振荡器；
3.混频及滤波获得0.1GHz～2GHz的频率输出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干 改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。