微波固態(tài)電路習(xí)題3

1、微波固態(tài)電路習(xí)題三P245頁(yè)1.綜述影響振蕩器性能的主要因素及其改善措施。主要有頻率準(zhǔn)確度，頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度和相位噪聲。(1)、減少外部變化因素：偏置電源的不穩(wěn)定。 (a)偏置電源的不穩(wěn)定。 (b)環(huán)境溫度的變化。 (c)負(fù)載阻抗由于環(huán)境溫度的變化或者工作參數(shù)的改變而引起的改變也會(huì)引起振蕩頻率的變化; (d)機(jī)械振動(dòng)或沖擊也可能引起振蕩頻率的變化，這對(duì)于機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)更是如此。(2)、減少電路參數(shù)誰(shuí)外界因素的變化。(3)、提高腔體Q值。 (a)、最大化無(wú)載Q值。 (b)、最大化存儲(chǔ)在諧振回路中的能量，并減小能量的損耗。這可以通過(guò)提高加在諧振回路兩端的射頻電壓，以及降低L/C的比率。 (4)

2、、外部穩(wěn)頻法。(5)、注入鎖定法。(6)、環(huán)路鎖相法。(7)、無(wú)論如何要避免有源器件進(jìn)入飽和狀態(tài)。這要調(diào)節(jié)有源器件的偏置，或采用不降低Q值的增益自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)完成。(8)、選擇使用的有源器件，要噪聲系數(shù)F小的，閃爍頻率fc低的。(9)、選擇高輸入阻抗的有源器件，比如FET。高的信噪比使信號(hào)電壓大大高于噪聲電壓，從而減小相位的抖動(dòng)。 (10)、諧振能量應(yīng)最大限度地包含在諧振回路中，而不是電路的其它地方。3、有一個(gè)IMPATT二極管振蕩器，P0=500mW，工作頻率f 0=12GHz，振蕩器回路有載品質(zhì)因數(shù)QL=200，在-30C-70C范圍內(nèi)，頻漂4MHz。 （1）、求在振蕩器鎖定范圍內(nèi)，最小注

3、入鎖定功率Pi （2）、是否增大Pi，就可以得到任意大的鎖定范圍？為什么。001iPQP2100212iffPfQPP230假定器件線為水平線，有：2210020.0042000.5122.2iffPQPfmW注入功率為：注入鎖相一般采用注入功率注入鎖相一般采用注入功率Pi的辦法來(lái)增大鎖定范圍，但是也是有一的辦法來(lái)增大鎖定范圍，但是也是有一定限度的，當(dāng)定限度的，當(dāng)Pi太大而不符合小注入條件時(shí)，平衡條件的一階近似就太大而不符合小注入條件時(shí)，平衡條件的一階近似就不成立，因此注入鎖定法能實(shí)現(xiàn)的鎖定范圍是有限的。不成立，因此注入鎖定法能實(shí)現(xiàn)的鎖定范圍是有限的。 4.說(shuō)明振蕩器調(diào)諧和穩(wěn)頻的方法，并比較他

4、們的優(yōu)缺點(diǎn)。 常用的振蕩器調(diào)諧穩(wěn)頻方法主要有：外腔穩(wěn)頻法、注入鎖定法和鎖相環(huán)穩(wěn)頻法等。外腔穩(wěn)頻法又分為：反射式外腔穩(wěn)頻法；頻帶反射式外腔穩(wěn)頻法和帶組式外腔穩(wěn)頻法反射式外腔穩(wěn)頻法的振蕩頻率可能大于主諧振腔自諧振頻率，也可能小于自諧振頻率，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也易于用此方案改裝原有的主諧振腔，因此應(yīng)用較多。頻帶反射式外腔穩(wěn)頻法的調(diào)諧范圍窄，其優(yōu)點(diǎn)是只要穩(wěn)頻腔諧振在單一模式，則振蕩器必定是單模工作。這種諧振器由于具有單調(diào)諧特性、性能優(yōu)良、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)有。帶阻式外腔穩(wěn)頻法的調(diào)諧范圍窄，由于介質(zhì)諧振器對(duì)輸出電路來(lái)說(shuō)相當(dāng)于起了帶組濾波器的作用，因而負(fù)載功率較小，其優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。注入

5、鎖定法具有穩(wěn)定度高、頻譜純、寄生雜波小及相位噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛的應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)。5.設(shè)計(jì)一個(gè)GHz的負(fù)阻振蕩器,選用負(fù)阻二極管在50歐姆的微帶傳輸線系統(tǒng)中的輸入反射系數(shù)為in=1.25401.2R選擇R小于36.25歐姆。串聯(lián)電容為：1C=0.2142*124.1pFf1-jj124.1C 6.GaAs FET在8GHz時(shí)的S參數(shù)如下： S11=0.980163, S12=0.395-45, S21= 0.675-161, S22=0.465120, 要求：用該FET設(shè)計(jì)一個(gè)振蕩器，畫(huà)出具體的電路圖并說(shuō)明詳細(xì)過(guò)程。2221122122112SSKS S 11221221S SS S 0

6、.477132K 首先確定晶體管必需具有潛在的不穩(wěn)定性;這需要計(jì)算穩(wěn)定性系數(shù).K小于1，表明晶體管具有潛在的不穩(wěn)定性。書(shū)上P241頁(yè)例6.27.下面兩只晶體管中那一只可以用來(lái)制作一個(gè)2GHz的振蕩器？并詳細(xì)說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程。兩只晶體在2GHz時(shí)的S參數(shù)如下：晶體管A:S11=0.4825, S12=0, S21=5.030, S22=0.3-120晶體管B:S11=0.890, S12=0, S21=4.065, S22=2.01,根據(jù)絕對(duì)穩(wěn)定的充要條件:211122122212211010SS SSS S由于只有B管的輸出端口存在潛在的穩(wěn)定性，所以選擇B管做設(shè)計(jì)，為了增加不穩(wěn)定性，加入反饋電感0

7、.1nH后的S參數(shù)為：1.781K 0.75 86.50.046 49.763.832 63.31.87 178.1S此時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù)為：為了實(shí)現(xiàn)振蕩，必須使振蕩器的源反射系數(shù)接近于晶體管S11參量的導(dǎo)數(shù)這里取1221out2211=S +-1.3403 +j 0.510031SSS SS out0out1+(-9.2074 +j 8.8902)1OUTZZ=184S=-j55.53SZ在源端串接一個(gè)在2GHz時(shí)，容抗為-j55.53的電容。輸出端的反射系數(shù)為：輸出端的阻抗為：為了使 得到滿(mǎn)足，必須選擇out=1Lout=L利用ADS可以很方便的將振蕩器的50歐姆輸出阻抗變換到ZL(9.207

8、4 -j 8.8902)LZ 8.GaAs MESFET并聯(lián)反饋型振蕩器電路如圖所示。試問(wèn)：（1）、此電路屬于哪類(lèi)型振蕩器電路？（2）、振蕩器的工作原理是什么？（3）、振蕩頻率主要由什么器件確定？并說(shuō)明理由。（4）、畫(huà)出其等效電路。 它是利用介質(zhì)諧振器作選頻反饋網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到產(chǎn)生振蕩和穩(wěn)頻的雙重目的，其工作原理有些類(lèi)似于具有反饋功能的晶體振蕩器。 在設(shè)計(jì)并聯(lián)反饋型介質(zhì)諧振器振蕩器時(shí)，為了獲得理想的穩(wěn)頻效果，必須采用單向性好的晶體管，亦即管子的S12應(yīng)盡可能地小，希一望S12=0。否則，由于管子的內(nèi)反饋?zhàn)饔?，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的穩(wěn)頻性能。正因如此，這種振蕩器電路中的晶體管目前常用微波場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FE

9、T）。而不用微波雙極晶體管。除此之外，為了能產(chǎn)生振蕩，并有足夠大的功率輸出，在工作頻率上的放大器功率增益K。必須大十介質(zhì)諧振器反饋網(wǎng)絡(luò)的功率傳輸系數(shù)X的絕對(duì)值。該電路屬于介質(zhì)諧振器穩(wěn)頻振蕩器。該電路屬于介質(zhì)諧振器穩(wěn)頻振蕩器。000012rriiZCCQ設(shè)放大器的輸入電容和輸出電容分別為Ci和C0， 分別表示諧振器和輸入輸出傳輸線之間的耦合合系數(shù)，放大器的諧振頻率可以表示為。0,i 等效電路為：等效電路為：1rrrL CrorLQR可以看出，振蕩器的頻率主要由介質(zhì)諧振器的諧振頻率來(lái)決定。式中 是未偶合的介質(zhì)諧振器的諧振角頻率，Q0是其無(wú)載Q值，它們分別為：rP2861、為什么PIN管可以用很小的

10、偏置控制功率就可以控制很大的微波功率。 PIN管在直流偏置電壓的作用下，零偏壓呈現(xiàn)高阻，反偏電壓時(shí)阻抗加大，正偏時(shí)呈現(xiàn)低阻，且偏流越大，Rj越低。在微波信號(hào)的作用下，管子的阻抗主要取決于直流偏置的大小，而與微波信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)。PIN管的微波阻抗只取決于直流偏置的特性，它非常適合做微波控制器件。因此，可以利用小功率（直流）改變PIN管中的阻抗，以控制微波功率。負(fù)偏壓時(shí)對(duì)微波信號(hào)呈開(kāi)路，而正偏電壓時(shí)對(duì)微波信號(hào)呈短路，則可構(gòu)成微波開(kāi)關(guān)或開(kāi)關(guān)式移相器；PIN開(kāi)關(guān)在正向小電流偏置情況下，如果連續(xù)調(diào)節(jié)直流電流，Rf值連續(xù)改變，從而可構(gòu)成微波電控衰減器。2、對(duì)于封裝后的PIN管，若引線電感Ls=0.5nH，

11、管殼電容Cp=0.3pF，在反偏下管芯電容Cj=0.5pF，串聯(lián)電阻為Rr=1歐姆，正偏之下串聯(lián)電阻為Rf=1.5歐姆；如用此管子工作頻率在6GHz的單管并聯(lián)式開(kāi)關(guān)，調(diào)整其狀態(tài)為反向模，傳輸線阻抗特性為50歐姆，試求開(kāi)關(guān)的隔離度和插入損耗。2222000YGB1=10lg=10lg 110lg1212Y2Y2YDDDLS并并對(duì)并聯(lián)諧振，正偏時(shí)的導(dǎo)納為：ps1Y+j C+j LDfR將YD帶入L并可求得PING開(kāi)關(guān)的隔離度代公式代公式 P252P252頁(yè)頁(yè)對(duì)并聯(lián)諧振，反偏時(shí)的阻抗為：pS1Y+j C1-j+j LDfjRC將YD帶入L并可求得PING開(kāi)關(guān)的插入損耗。對(duì)串聯(lián)諧振，正偏時(shí)的阻抗為：22220001=10lg=10lg 110lg121222DDDZRXLSZZZ串串3、已知某PIN管的正偏電阻Rf=0.4歐姆，反偏電容為Cj=0.15pF,傳輸線的特征阻抗為50歐姆，（1）、若將該管串聯(lián)接在傳輸線系統(tǒng)中，求在2GHz下開(kāi)關(guān)的插入損耗與隔離度。（2）、若將該管并聯(lián)接在傳輸線系統(tǒng)中，求在4GHz下開(kāi)關(guān)的插入損耗與隔離度。DfZR（1）代公式代公式 P252P252頁(yè)頁(yè)對(duì)串聯(lián)諧振，反偏時(shí)的阻抗為：1Df