壓控振蕩器Voltage Controlled Oscillator（簡(jiǎn)稱VCO）是射頻電路的重要組成部分，在通信、電子、航天、航空及醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域的用途十分廣泛，尤其在通信系統(tǒng)電路中更是與功放具有同等重要地位的必不可少的關(guān)鍵部件。

伴隨采用新體制、新技術(shù)、新材料和新工藝的現(xiàn)代通信、雷達(dá)、電子干擾和電子偵察等電子信息系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備及其關(guān)鍵部件VCO的要求也越來(lái)越高，而VCO在端接不同負(fù)載阻抗下會(huì)出現(xiàn)頻率偏移現(xiàn)象，由此導(dǎo)致電子設(shè)備工作不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)失效，產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此解決VCO的非線性特性（如頻率牽引）測(cè)試問(wèn)題并由此實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配顯得日益重要和緊迫。   

VCO的非線性特性

以典型雙極型晶體管管芯封裝的科耳皮茲壓控振蕩器為例，如圖1所示。從圖中可以看出，按照振蕩器的基本原理其有諧振電路、有源器件及輸出負(fù)載三部分組成。調(diào)諧電壓（Vcontrol）從電路左端輸入，諧振回路包括變?nèi)荻O管Cvar、諧振電感L1以及電容C1、C2、C3、C4和C5，其中變?nèi)荻O管是一種在PN結(jié)上加反向偏壓時(shí)產(chǎn)生電容變化的二極管，用于改變振蕩器的電容量以達(dá)到輸出頻率可調(diào)的目的；有源器件為雙極型晶體管用以放大振蕩信號(hào)；輸出負(fù)載為應(yīng)用該振蕩信號(hào)的部分，理想狀態(tài)為50歐姆負(fù)載。

當(dāng)選取的諧振回路器件滿足振蕩器起振條件時(shí)振蕩器開(kāi)始工作，VCO內(nèi)的有源器件等效構(gòu)成的負(fù)電阻部分所提供的能量能夠滿足諧振回路所消耗的能量則振蕩電路的振蕩條件能夠得以維持，VCO能夠正常工作。

然而，VCO實(shí)際的工作狀態(tài)絕非理想狀態(tài)，并不是設(shè)計(jì)時(shí)所假定的終端連接理想的50歐姆負(fù)載，因此其終端負(fù)載條件的變化會(huì)導(dǎo)致VCO出現(xiàn)輸出振蕩頻率發(fā)生變化的非線性現(xiàn)象，這就是頻率牽引，其表征參數(shù)為頻率牽引系數(shù)。從圖1可以看出，從VCO輸出看去的阻抗變化會(huì)引起VCO的有源器件結(jié)上直流電壓的變化，也就是說(shuō)，VCO輸出反射回來(lái)的信號(hào)功率能引起晶體管漏電流和偏置點(diǎn)的波動(dòng)，導(dǎo)致該雙極型晶體管集電極與基極之間的電壓（Vcb）發(fā)生變化，影響集電極與基極之間的電容（Ccb），從而通過(guò)影響整個(gè)回路的諧振狀態(tài)和條件導(dǎo)致振蕩頻率和相位噪聲的改變。

圖1  典型雙極型晶體管VCO模型

解決方案

傳統(tǒng)的測(cè)試方法是在被測(cè)VCO的輸出端連接6dB衰減器、定向耦合器和機(jī)械式拉伸線，一方面滿足終端連接回波損耗12dB的負(fù)載條件，另一方面通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)械式拉伸線實(shí)現(xiàn)360度相位的改變。但是這種方法存在著如下問(wèn)題：

①對(duì)操作者能力依賴程度高；

②費(fèi)時(shí)且費(fèi)力；

③對(duì)應(yīng)不同振蕩頻率的VCO需要相應(yīng)工作頻段的機(jī)械式拉伸線和開(kāi)/短路技術(shù)以避免出現(xiàn)相位調(diào)節(jié)范圍無(wú)法滿足要求的現(xiàn)象；

④負(fù)載阻抗反射系數(shù)的模固定且不能靈活調(diào)整。因此，測(cè)試效率與測(cè)試結(jié)果都不能很好地滿足越來(lái)越高的測(cè)試要求。

中電科儀器儀表有限公司采用先進(jìn)的負(fù)載牽引測(cè)試技術(shù)推出基于通用測(cè)試儀器的應(yīng)用解決方案，測(cè)試框圖如圖2所示，使得這一狀況得到有效改觀，徹底解決測(cè)試難題。

圖2  VCO非線性特性（頻率牽引）測(cè)試框圖