微波扫频信号的产生原理及应用探析

微波扫频信号源是实现微波扫频测量的核心部件。实现扫频的方法很多，常用的微波扫频振荡器有：变容二极管电调振荡器，YIG（钇铁石榴石铁氧体）电调振荡器，返波管电调振荡器等。

1）变容二极管电调振荡器

当变容二极管加上反偏压V时，PN结电容CD与电压V的关系，可用下式表示：

式中，C0是变容管零偏时的电容；CD是PN结的接触电位差，硅管的CD约为0.7 V，锗管的CD约为0.2～0.3 V；n是PN结的系数，称为电容变化指数，它取决于PN结的结构变化和杂质分布情况，一般分为三种：①扩散型二极管的杂质分布是缓慢的，称为“缓变结”，n=1/3；②合金型二极管的杂质分布和空间电荷分布是突变的，称为“突变结”，其n=1/2；③由特殊工艺制作的称为“超突变结”的变容二极管，其n在1～5之间。缓变结：n=1/3；突变结：n=1/2；超突变结的n在1～5之间。由于对扫频宽度有较高要求，所以用超突变结变容管较好。

将变容二极管接入振荡器的振荡回路，再将周期扫描电压加到变容二极管上，则振荡频谱就随扫描电压作周期性调频变化。但从式（2-1）看出，CD与反偏V是非线性关系，CD与频率f的关系是：

所以，f-V是非线性关系。为得到线性调频，必须在电路设计上采取适当措施。

2）YIG电调谐振荡器(www.xing528.com)

YIG是一种铁氧体材料，具有铁磁谐振的特性，通常做成小球形状，将小球按一定取向装在高频结构之中，在外置直流磁场H0的作用下，便会发生铁磁谐振，其谐振频率为：

f0值与小球尺寸无关，仅是线性地随H0变化，所以改变磁铁的励磁电流，便可改变f0。其谐振Q值高达数千，即损耗低，稳定性好。

一个典型的微波YIG电调谐振荡器如图2-2所示，YIG小球接入晶体管回路中，YIG小球通常封装在一个直径和轴线大约为几厘米的圆柱形磁铁中，微波信号通过一个回路耦合到球上。它的晶体管等效电路是一个分流谐振器，能在微波范围内好几个频段上线性调谐。

由于YIG调谐振荡器（YTO）在频率覆盖、调谐线性、频谱纯度以及体积、重量和可靠性等方面的优势，现代的宽带微波合成信号源几乎无一例外地采用YTO作为核心微波振荡器。YTO是以YIG（钇铁石榴石）小球为谐振子、微波晶体管为有源器件的固态微波信号源，其输出频率与内部调谐磁场有较好的线性关系。内部调谐的磁场由主线圈和副（调频）线圈两部分生成，前者感抗大、调谐慢，但调谐灵敏度高、调谐范围宽、高频干扰抑制好；后者感抗小从而调谐范围窄但调谐速度快，并因为调谐灵敏度低而具有良好的干扰抑制特性。二者结合使用，特别有利于既需要大范围调谐又需要快速修正的宽带微波信号发生器，并易于实现调频（FM）。以YTO为核心振荡器的微波信号源主振及其驱动电路基本结构如图2-2所示。

图2-2　YTO主振及驱动电路基本结构

频率预置调谐信号激励低频电流发生器驱动YTO主线圈，把输出频率调谐到预置频率。为了实现预置信号对输出频率的线性控制特性，电流发生器部分往往针对YTO的调谐非线性特征进行适当的线性补偿，这一点对于扫频控制尤其重要。根据YTO的驱动特点，调频信号则经过高、低频分离后，分别叠加到高、低频电流发生器的激励信号中，实现对输出电流的成比例调制，从而实现对YTO输出频率的调制。

YTO的扫频是由扫描发生器控制的，扫频也可以看作是一种频率调制过程，同调频一样，扫描信号要根据扫描速度和扫描宽度的不同，分别控制高、低频电流发生器来驱动YTO。需要注意的是，扫描发生器的输出一般来说总是0～10 V的标准斜坡电压，只是根据扫描速度不同而斜率不同。因此，扫描宽度是通过一个扫描宽度预置电路的比例变换来单独处理的。扫描的起始频率或中心频率则是利用频率预置电路实现的。