微波有源器件实验报告..docx

实验一 压控振荡器（VCO）一、实验目的（1）掌握压控振荡器的工作原理，了解其性能指标。（2）学会用频谱仪对压控振荡器的性能指标进行测试。二、实验原理1. 压控振荡器概述压控振荡器是振荡频率受控制电压控制的振荡器，即是一种频率电压变换器。输出频率, K是压控振荡器控制灵敏度或者增益系数，单位为（弧度/秒）/伏。VCO作为一个振荡器，它的频率由电压来控制。压控振荡器实现压控的方法主要有如下两种:（1）直接改变决定振荡频率的振荡回路元件（如R, L, C）的数值;（2）控制多谐振荡器中定时元件的充放电电流或电压。利用上述方法，原则上各种振荡器都可能改造成为一个压控振荡器。VCO首先是一个振荡器，只是多了一个控制端，可以用电压去控制振荡器的振荡频率。压控振荡器主要有如下几种类型:（1）LC压控振荡器（2）RC压控振荡器（3）负阻压控振荡器（4）晶体压控振荡器在应用中究竟采用那种形式的压控振荡器，必须视场合和要求而定。如果只是为了简便和有很宽的调谐范围（即频率覆盖)，而对相位噪声没什么要求，那么可以选用由RC振荡器所构成的VCO；如果要求有较宽的调谐范围和较低的相位噪声，可以选用由LC振荡器构成的VCO;如果对相位噪声指标要求较高，而调谐范围并不要求那么宽，那么可以选用由晶体振荡器所构成的VCO。2. 压控振荡器的主要技术指标（1）中心频率及频率变化范围，要求频率覆盖范围大（2）频率稳定度高（短期和长期)压控振荡器的频率相对稳定度一般低于用同样电路构成的固定频率振荡器。一般LC压控振荡器和负阻压控振荡器稳定度可达10-4-10-6/月，晶体压控振荡器可达10-6-10-10/月。一般希望VCO的频率稳定度在长期和短期范围内比较高。（3）相位噪声，要求尽可能低，这是VCO最重要的质量指标。频率源的相位噪声直接影响频率源的短期频率稳定度。频率源的短期频率稳定度有两种表征法，在频域用单边相位噪声功率表征，在时域则用阿伦方差表征。频域表征能较好地反映高频相位噪声对频率稳定度的影响。而时域表征能较好的反应低频相位噪声对频率稳定度的影响。在此只介绍更为常用的频域表征法。频率稳定度的频域表征法是用单边（SSB）相位噪声谱密度表示。单边相位噪声谱密度是指偏离载频一定量处，单位频带内噪声功率相对于平均载波功率比值的分贝值，使用模拟频谱仪测量单边带相位噪声谱密度公式如下：其中，为单边带相位噪声谱密度，；为偏离载频处的噪声功率电平，；为载波电平，；为频谱测量随机噪声修正值，对模拟频谱仪其值为；为频谱仪等效噪声带宽。例如，测得载波功率为7dBm,在偏离载频10kHz处在带宽1kHz内的噪声功率-43dBm那么单位频带内的相对单边噪声功率为-43dBm-7dBm-2.5dB-10lg(1000)dB=-82dBc/Hz@10kHz（4）压控线性一般压控振荡器在频率覆盖范围内并不一定能保证很好的压控线性，使用上一般则希望压控振荡器在一定的频率范围内控制线性度越高越好。（5）压控增益（或称压控灵敏度）要求有一定的压控灵敏度K。K的大小根据技术指标要求和实际可能性来确定。从同步带的角度希望K越大越好，从边带抑制的角度希望K越小越好。因此在满足同步范围的前提下尽可能选取较小的K。（6）其他如压控方便，电路宜于集成化、抗机械振动及抗电磁干扰等。三、实验设备 AV4062频谱仪，压控振荡器模块，直流电源，1-20V直流可调电源四、测量内容和实验步骤测量VCO的频率，频率覆盖范围，输出功率，线性度/伏，谐波分量，杂散1）将压控振荡器模块按下图连接AV4062VCO+12V1-20V2）开启AV4062频谱仪电源和DC电源，调节VCO的调谐电压Vtune至最小，观察AV4062频谱仪上所显示频率、功率、相位噪声（偏移载频1MHz、100KHz）、杂散等并记录。3）调节VCO的调谐电压Vtune至最大（20V），观察AT6030D频谱仪上所显示频率、功率相位噪声（偏移载频1MHz、100KHz）、杂散等并记录。4）调节VCO的调谐电压Vtune，观察AV4062频谱仪上所显示频谱的变化，并用MARKER跟踪，读出不同调谐电压下的频率值和功率值，给出压控线性图（频率/每伏（0-10V表格或曲线））， 同时观测VCO的二次谐波分量记录并比较。五、实验数据测量及分析1. 压控线性表调谐电压/V频率/GHz调谐电压/V频率/GHz51.348121.70861.388131.77071.455141.84381.500151.92291.545162.001101.607172.074111.669182.101调谐电压超过16V以后，发现VCO输出频谱有误，说明此时已超出工作范围。2. 功率相位噪声（偏移载频1MHz）调谐电压/V频率/GHz功率/dBm频偏+1MHz频偏-1MHz1