摘要:三阶交调的大小表明了在一个线性系统中所包含非线性系数的大小。本实验选用了JTOS-200P来组成锁相环电路,在副载波调制过程中,输出信号中三阶交调了达到-25dBc,影响了副载波调制信号的质量。分析原因是由于该振荡器调谐电压范围很小,输出信号的载波电平很低,导致存在更多的非线性因素造成的结果。在选用线性更好的JTOS-200后,改善了三阶交调5∽6dBc,解决了出现的问题。
关键词:变容二极管 三阶交调 非线性
中图分类号:TN7 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)10-0069-02
压控振荡器是输出信号频率随输入控制电压变化的振荡器,也可以看作是一种电压/频率变换器,是构成锁相环的重要元件。在构成锁相环电路中压控振荡器受到环路滤波器输出的误差控制电压的控制,压控振荡器的频率逐渐向输入信号的频率靠拢,直至频率一致相位锁定。对压控振荡器的技术要求有:频率覆盖范围大,相位噪声低,频偏与控制电压成线性关系并易于集成等。
1 压控振荡器的非线性
本文采用JTOS-200P构成锁相环电路,在副载波调制过程中,产生三路副载波,经过数字信号向模拟信号转换之后,由于信号之间的互相调制,在调制信号中存在一定的三阶交调,数值很小。但副载波信号经过中频锁相环的压控振荡器后,由于压控振荡器的非线性,产生了很大的三阶交调。
由于压控振荡器中存在变容二极管和放大器等非线性器件,因此压控振荡器中会有一定的非线性。变容二极管的电容/电压特性会使频率调制产生非线性。公式表示为:
在公式中,Co为零偏置时变容二极管的电容;为外加反向偏置电压;为变容管PN结的扩散电位;n为变容二极管的突变指数,缓变结N=1/3,突变结N=1/2,超突变结N>1/2。随着外加电压的变化,PN结上的电容也随之变化,所以可通过施加变化的反向偏压来获得变化的电容值。反偏电压愈大,则结电容愈小。由此可见反向偏压与结电容之间的关系是非线性的。在变容二极管调谐电压范围很小的情况下,随着输入信号的增大,会逐渐进入非线性区域,因此非线性因素更强。(见图1、2)
本实验首先采用了JTOS-200P型号的压控振荡器构成锁相环,由于器件的调谐电压范围0.5∽5.0V,随着输入电压的增大,变容二极管的非线性因素逐渐增大。在更换成JTOS-200后,调谐电压为1.0∽16.0V,调谐电压范围要大于JTOS-200P,压控振荡器的调谐电压工作的线性范围更大,因此在输出信号中三阶交调产物要小于采用JTOS-200P的值。
2 三阶交调的测试结果分析
三阶交调:当两个幅度相等频率相近的信号输入到非线性器件中时,由于信号之间的互相调制,在非线性器件的输出端产生了除了有用信号之外的许多交调产物,例如和,它们比较靠近基波分量,引起的危害最大,这些组合频率都是由非线性器件的三次方产生的。电源之间的隔离度和信号的输出功率决定了三阶交调产物的大小。
当副载波输入信号有两个,电压相同,频率不同:
对非线性器件的输出信号进行分析:
三阶交调分量为:
当副载波输入信号为单个信号228KHz时,分别对两种型号的压控振荡器输出信号的载波电平进行测量,结果如图3、表1。
根据测量得出的结果,选用JTOS-200后,在同样的输入信号下输出信号的载波电平平均要比JTOS-200P高1.5dBm∽2dBm。将输入和输出信号的大小都以功率表示,在对数坐标中进行计算,得到如下结果:当增加输入信号的功率1dB时,输出信号中基波分量增加1dB,三阶交调分量增加3dB。这样选用JTOS-200后,总体上的三阶交调改善了5∽6dBc,达到-30dBc,符合实验规定的要求。(见图4)
实验中采用了JTOS-200P和JTOS-200这两种压控振荡器,基本参数对比如表2。
3 结语
由于压控振荡器中存在变容二极管和放大器等非线性器件,非线性的作用会导致三阶交调产物过大,影响调制信号的质量。在工程应用中为了避免出现类似的问题,要选择调谐电压范围更宽、输出信号电平更大的压控振荡器来改善三阶交调。
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