隨著無(wú)線通信的迅猛發(fā)展，對(duì)于多標(biāo)準(zhǔn)多波段的硬件設(shè)備需求越來(lái)越多，從而激發(fā)了基于可重構(gòu)思想硬件的研發(fā)。其中重要的課題之一就是可重構(gòu)振蕩器。文獻(xiàn)[1]中采用了螺旋電感結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制電感線圈匝數(shù)來(lái)控制接入電路的電感值的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)頻率的變化；文獻(xiàn)[2]通過(guò)MOS開(kāi)關(guān)管控制電路中電感值和電容值，進(jìn)而起到頻率重構(gòu)作用；文獻(xiàn)[3]中采用了一種新型結(jié)構(gòu)將兩諧振電路通過(guò)共用變?nèi)莨芙Y(jié)合在一起，從而使振蕩器可以同時(shí)輸出兩種不同頻率的波形；文獻(xiàn)[4]提出了一種新穎的可重構(gòu)電路，其中運(yùn)用了一種有源電感電路，能夠調(diào)節(jié)電路中的總電感，達(dá)到多頻率的效果；文獻(xiàn)[5]采用一種四階諧振電路產(chǎn)生雙頻振蕩波形，通過(guò)輸出端的帶通濾波器分別輸出不同頻率的波形。
    在上面這些電路中，由于支路的增加或一些特殊結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，都不同程度地對(duì)振蕩器的相位噪聲和諧波產(chǎn)生一定的影響。本文實(shí)現(xiàn)了一種協(xié)同設(shè)計(jì)模塊，在傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制可重構(gòu)振蕩器的基礎(chǔ)上，通過(guò)振蕩器與雙頻濾波器協(xié)同設(shè)計(jì)，緩解了開(kāi)關(guān)裝置對(duì)振蕩器輸出相位噪聲的影響，同時(shí)，對(duì)諧波抑制也能起到較好的效果。所實(shí)現(xiàn)的模塊在頻偏1 MHz處，相位噪聲改善了15 dBc/Hz，對(duì)二次諧波的抑制在兩個(gè)頻率上分別提高了-19 dB和-45 dB。
1 振蕩器和濾波器的實(shí)現(xiàn)
1.1 可重構(gòu)振蕩器
    可重構(gòu)振蕩器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，電路采用共基極結(jié)構(gòu)，晶體管基極通過(guò)電感接地，在發(fā)射極端口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的輸入阻抗，即實(shí)現(xiàn)負(fù)阻，再由L、C組成諧振電路。D為PIN開(kāi)關(guān)管，其通斷可以實(shí)現(xiàn)振蕩器選頻。當(dāng)電源S為低電壓時(shí)，D斷開(kāi)，電容C由于二極管的截止而沒(méi)有接入到諧振電路中，此時(shí)得到中心頻率為2.0 GHz的振蕩波形；當(dāng)電源S為高電壓時(shí)，D導(dǎo)通，這樣電容C通過(guò)二極管接入到諧振網(wǎng)絡(luò)中，此時(shí)得到中心頻率為1.1 GHz的振蕩波形，這樣實(shí)現(xiàn)了振蕩器的頻率可重構(gòu)。電阻R1、R2、R3和高頻扼流圈為晶體管T提供偏壓，保證晶體管正常工作，電阻R5和高頻扼流圈L1、L2為開(kāi)關(guān)管D的偏置，C3、C4為隔直電容。

1.2 雙頻段濾波器
    雙頻濾波器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，濾波器結(jié)構(gòu)采用階躍阻抗(SIR)結(jié)構(gòu)[6]，由于階梯阻抗諧振器有多個(gè)諧振頻率，通過(guò)選擇合適的阻抗比就可以同時(shí)在兩個(gè)中心頻率間產(chǎn)生可調(diào)的通帶。其諧振條件由式(1)給出。

  
2 振蕩器和雙頻濾波器的協(xié)同設(shè)計(jì)及測(cè)試結(jié)果
    為了使振蕩器和濾波器結(jié)合起來(lái)能使相位噪聲、二次諧波抑制達(dá)到最佳效果，調(diào)整R4和Z0的阻抗，達(dá)到輸出匹配狀態(tài)。振蕩器和濾波器電路板都采用FR-4介質(zhì)板進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作。在振蕩器電路中，晶體管采用的是HP公司生產(chǎn)的AT41411，選用的二極管型號(hào)為HSMP-389Z，其中基極電感L4為2 nH，C2和C1分別為0.5 pF和10 pF，R4為50 Ω標(biāo)準(zhǔn)輸出負(fù)載。實(shí)物如圖3。

    濾波器的頻率為1.1 GHz和2.0 GHz，通過(guò)計(jì)算及優(yōu)化確定各個(gè)參數(shù)值，見(jiàn)圖2，其中W1=0.4 mm、W2=1.2 mm、W3=0.96 mm為平行耦合線線寬；S1=0.25 mm、S2=0.34 mm、S3=0.57 mm為間隙寬；L1=28.9 mm、L2=23 mm、L3=28.6 mm為耦合長(zhǎng)度；W4=2.57 mm、L4=30.46 mm為非耦合微帶線的寬度和長(zhǎng)度。圖4給出了雙頻濾波器的測(cè)試結(jié)果。

    圖5、圖6為協(xié)同設(shè)計(jì)前后、工作頻率分別為1.1 GHz和2.0 GHz時(shí)振蕩器輸出信號(hào)頻譜的測(cè)試結(jié)果。可以看出，在頻率1.1 GHz時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)前對(duì)二次諧波抑制為-25 dB，協(xié)同設(shè)計(jì)后對(duì)二次諧波抑制為-44 dB，在頻率2.0 GHz時(shí)由協(xié)同設(shè)計(jì)前對(duì)二次諧波抑制為-10 dB改善為-55 dB。同時(shí)可以看出，在協(xié)同設(shè)計(jì)之后，對(duì)輸出功率沒(méi)明顯惡化，對(duì)二次諧波及高次諧波的抑制起到了很明顯的作用。圖7是協(xié)同設(shè)計(jì)前后振蕩器相位噪聲的測(cè)試結(jié)果，可以看出在頻偏范圍100 kHz～3 MHz內(nèi)，協(xié)同設(shè)計(jì)后的相位噪聲有了很明顯的改善，頻偏1 MHz振蕩器在兩個(gè)頻率上的相位噪聲都改善了將近15 dB。表1給出了振蕩器在協(xié)同設(shè)計(jì)前后的各個(gè)參數(shù)的測(cè)試值。

    本文提出了一種新型的協(xié)同設(shè)計(jì)思想，將可重構(gòu)振蕩器與雙頻濾波器協(xié)同設(shè)計(jì)，緩解了開(kāi)關(guān)裝置等對(duì)振蕩器輸出相位噪聲的影響，并進(jìn)而改善二次諧波抑制。

參考文獻(xiàn)
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