基頻高達(dá)20GHz的寬帶YIG振蕩器

微波頻率的產(chǎn)生需要借助于許多奇異的結(jié)構(gòu)，其中包括Gunn二極管、電介質(zhì)諧振器以及小心切削的石英晶體片。但或許沒有哪種諧振器制造方法像基于放置在加有電磁場的空腔內(nèi)的釔鐵石榴石(YIG)球微波源那樣吹毛求疵。經(jīng)過對該技術(shù)的多年潛心研究，MICRO Lambda Wireless公司的工程師們終于開發(fā)出迄今為止性能最高的YIG振蕩器：可連續(xù)調(diào)節(jié)，基頻頻率范圍在2到18GHz之間和2到20GHz之間的MLXB超寬帶系列振蕩器，采用頻帶切換方式，基頻頻率范圍在2到18GHz之間和2到20GHz之間的MLXS-T系列寬帶振蕩器。

寬帶YIG振蕩器在許多系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，如在接收器和頻譜分析儀中用作本地振蕩器(LO)、在頻率合成器中用作微波源，以及在反恐怖仿真器和寬帶電子戰(zhàn)系統(tǒng)中用作信號發(fā)生器。

組裝YIG振蕩器需要技巧和時間，但其出色的低噪聲性能值得付出努力。YIG振蕩器是通過把微小的YIG球準(zhǔn)確地放在電磁鐵氣隙中形成的。在設(shè)計合理的YIG振蕩器中，電磁場場強是外加電流的線性函數(shù)，進(jìn)而決定最終的YIG振蕩器的調(diào)諧行為。導(dǎo)線環(huán)把來自電磁鐵的能量耦合到球上；類似地，耦合環(huán)提取YIG球產(chǎn)生的諧振能量，進(jìn)而產(chǎn)生YIG振蕩器的輸出頻率。與YIG球產(chǎn)生諧振的儲能電路根據(jù)電磁鐵的線圈和球本身的要求進(jìn)行設(shè)計。為了產(chǎn)生高品質(zhì)輸出信號，該電路的設(shè)計具有高無負(fù)載品質(zhì)因數(shù)(Q)。

為了產(chǎn)生滿足前述諸應(yīng)用的輸出電平要求，YIG振蕩器包含一些用來提升最終輸出的信號電平的晶體管。對于這個功能，過去常常選用雙極晶體管，但隨著YIG振蕩源頻率的不斷增高(達(dá)到20GHz以上)人們開始使用GaAs場效應(yīng)管，最近，為利用這些器件卓越的低噪聲性能，開始使用硅鍺(SiGe)晶體管。在一些情況下，人們使用單片微波集成電路(MMIC)放大器替代過去使用的分立器件電路來提升輸出級電平。

YIG振蕩器中的主線圈負(fù)責(zé)頻率調(diào)諧，但在產(chǎn)生頻率調(diào)制(FM)或使輸出頻率穩(wěn)定到外部參考源(如在PLL振蕩器或合成器中)時，次線圈也是需要的。與主線圈一樣，F(xiàn)M線圈是由電流調(diào)諧的。為了能與現(xiàn)代PLL集成電路一起工作，F(xiàn)M環(huán)應(yīng)具有產(chǎn)生寬帶調(diào)制頻偏的能力并具有足夠高的調(diào)諧靈敏度。

事實上，市場上以前就提供寬帶YIG振蕩器，但它們都沒有基頻輸出。有幾家制造商，通過把較低頻率的基音YIG振蕩器與頻率乘法器和寬帶輸出放大器集成在標(biāo)準(zhǔn)的柱狀YIG封裝中，獲得了最高為18或20GHz的輸出頻率。MLXB超寬帶系列YIG振蕩器(圖1)和MLXST系列頻帶切換YIG振蕩器(圖2)提供基頻輸出但不使用乘法器。

MLXB超寬帶系列YIG振蕩器目前有四款產(chǎn)品，其中兩款的頻率范圍為2-18GHz，另兩款的頻率范圍為2-20GHz(表1)。較低頻率的兩款產(chǎn)品在整個頻率范圍內(nèi)的輸出功率不低于+13 dBm，而較高頻率的兩款產(chǎn)品在整個頻率范圍內(nèi)的輸出功率不低于+12dBm；在整個帶寬調(diào)諧范圍內(nèi)，所有這四款產(chǎn)品的輸出功率平坦度均在±3dB之內(nèi)。這四款YIG振蕩器從+15VDC電源獲得最大100mA電流，從+5VDC電源獲得20mA電流，另外，它們都使用+24VDC電源(變化范圍為±4V,最大電涌電流為250 mA，穩(wěn)態(tài)電流為25mA)為YIG源的內(nèi)部加熱器電路供電。