L波段頻率源設計

2．2 環路濾波器設計
鎖相倍頻源的核心部分是環路濾波器的設計，因為環路濾波器的傳輸函數直接決定了整個環路的傳輸函數。從而在很大程度上決定了環路的噪聲性能、穩定性、捕獲和跟蹤性能等。Q3236需要外接環路濾波器和壓控振蕩器才能構成一個完整的頻率綜合器。
常用的環路濾波器是一個線性低通濾波器，它可以濾除誤差電壓中的高頻分量和噪聲。常用的有RC積分濾波器、無源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器。由傳遞函數可知，有源比例積分濾波器具有兩個獨立可調整的參數，并且具有滯后一超前特性，有利于環路穩定，于是本設計利用低噪聲運放OP27及R，C元件組成一階有源比例低通濾波器實現，主要參數是環路帶寬和相位裕量等。
(1)環路帶寬
環路帶寬(Fn)是指開環傳遞函數幅度等于1時的頻率，是環路濾波器設計的關鍵指標。如果鎖相環的抖動主要由外部信號噪聲引起，那么環路帶寬應該越窄越好，這樣可以抑制外部信號噪聲，尤其是參考信號中的噪聲；如果需要有效抑制壓控振蕩器的噪聲，并且獲得良好的跟蹤和捕獲性能，環路帶寬應越寬越好。需要折中考慮，環路帶寬一般取跳頻間隔的1／60，鑒相器跳頻間隔7 MHz，所以Fn=100 kHz，硬件調試時可以根據需要調整。
(2)相位裕量
相位裕量(φc)是指在開環傳遞函數幅度等于1時的相位相加180°的和。它與系統穩定性有關，相位裕量選擇越低，系統越不穩定，相位裕量選擇越大，系統越穩定，但系統的阻尼振蕩越小，即以增加鎖定時間為代價。要考慮適合的相位裕量，一般是40～55°之間，最優選相位裕量φc=45°。
為了將環路性能調到最佳，R1／2和電阻R2可選用相應阻值的電位器。環路濾波器電路圖如圖3所示。采用頻率補償技術，在放大器外部增加一個補償極點，由R1，Cc組成低通實現，在保證一定增益裕度或相位裕度的前提下獲得較大的環路增益。電阻R1分開成兩個R1／2，避免相位檢測出現電壓偏差。

2．3 環路濾波器參數計算
鎖相環的系統性能歸結起來可以用三個重要參數：環路增益K、阻尼系數ζ及固有振蕩角頻率ωn來表征，這些參數按應用的要求而定，并決定著系統的整個設計。