宽频带跟踪预选器调谐电路的数字化设计

　　1 引言

　　因超外差扫频测量方案具有测量频率范围宽、动态范围大、成本相对较低等突出优点，被各型通用微波频谱分析仪普遍采用。超外差技术利用混频器进行频谱搬移，由于混频器的非线性工作原理造成射频输入信号在中频信道产生频谱混叠现象。为抑制因频谱混叠产生的假响应，必须对射频输入信号进行频率预选。YIG(yttrium iron garnet，钇铁石榴石，一种具有多项磁特性的氧化铁合成晶体)宽带调谐带通滤波器(YTF)具有调谐频率范围宽，假响应抑制能力强，体积小等特点，可实现对超外差频谱分析仪扫频测量的同步跟踪预选。

　　VXI总线微波频谱分析仪模块项目要求频率测量上限覆盖至20GHz，选用超外差扫频测量方案，应用YTF跟踪预选技术实现3GHz以上测量频率的跟踪预选。

　　在频谱分析仪工作过程中，YTF的中心频率必须始终与3GHz以上扫频测量当前频率相适应，这一过程是由调谐驱动电路完成的。由于YTF存在非线性、温飘和磁滞等特征，需要通过调谐电路进行补偿，还要满足不同频率范围和扫描速度测量设置的要求，因而使得传统的模拟调谐电路十分复杂，不能满足VXI总线频谱分析仪模块高集成度的需要。

　　数模变换器件和大规模可编程逻辑器件的发展使得越来越多的电路设计领域可以用数字电路替代实现，也为提高电路设计的灵活性和集成度创造了条件。在YTF调谐电路上采用数字调谐与模拟调谐相比，设计方法完全不同，但灵活性更强。

　　2 YTF调谐原理及调谐电路构成

　　YTF是利用YIG小球的自谐频率与其所在空间的磁场强度具有单调映射关系来实现调谐滤波的，由于构造磁场的线圈中的磁场强度与流过线圈的电流成正比，故其调谐频率可用线性方程表示为：

　　式中：

　　f为调谐频率，即YTF中心频率，对应于频谱分析仪扫频测量当前频率;

　　iS为调谐线圈中的电流;

　　ki为YTF电流调谐灵敏度。

　　YTF的调谐由受控电流源驱动实现，受控电流源电路通常采用压控电流源设计，如图1所示。

　　图中：

　　uC为控制电压;

　　g为压控电流源控制系数。

　　这样，YTF调谐驱动方程变为：

　　当频谱分析仪进行周期扫频测量时，YTF也以周期T(包括调谐正程T+和调谐负程T-)进行调谐。对于一个扫描正程，YTF的中心频率是时间的线性函数：

　　t为频谱分析仪扫频测量时YTF的调谐正程时间，0GtGT+。

　　当t=0时，f(t)= f0，既YTF调谐起始频率，当t=T+时，f(t)= fT+，既YTF调谐终止频率。故(fT+-f0)就是YTF的调谐范围SPAN。YTF的调谐速度vM=SPAN / T+。因此YTF的调谐方程还可以表示为：