微波電子線(xiàn)路大作業(yè)3

1、微波電子線(xiàn)路大作業(yè)姓名：班級(jí)：021014 學(xué)號(hào)：一 微波振蕩器1 微波二極管負(fù)阻振蕩器電路a 負(fù)阻振蕩器振蕩條件二極管負(fù)阻振蕩器的等效電路如圖所示，短路(或開(kāi)路)雙線(xiàn)L等效微波諧振腔，變壓器表示微波阻抗變換器?？蓪D (a)進(jìn)一步簡(jiǎn)化為圖 (b)所示的一般等效電路，從器件向外看去為負(fù)載輸入導(dǎo)納YL=GL+jBL，負(fù)阻器件的輸入導(dǎo)納表示為YD=GD+jBD。圖 二極管負(fù)阻振蕩器(a) 二極管負(fù)阻振蕩器等效電路 （b）負(fù)阻振蕩器原理圖微波二極管振蕩器是單端口負(fù)阻振蕩器，在穩(wěn)定狀態(tài)下應(yīng)滿(mǎn)足YD+YL=0。n 振幅平衡條件：GD+GL=0n 相位平衡條件：BD+BL=0振蕩器通常工作在大信號(hào)狀態(tài)，負(fù)

2、電導(dǎo)GD在起振后有所降低.為易于起振，設(shè)計(jì)時(shí)使負(fù)載電導(dǎo)GL略小于GD(取GD1.2GL)。因此負(fù)阻振蕩器的振蕩條件也可寫(xiě)為：GDGL BD=BLb 負(fù)阻振蕩器電路微帶振蕩器：體效應(yīng)管與微帶線(xiàn)并接，偏置通過(guò)微帶低通濾波器加入。圖6-2(a)中器件的右邊是一段長(zhǎng)度為L(zhǎng)的終端開(kāi)路微帶線(xiàn)，它等效于一個(gè)電抗網(wǎng)絡(luò)，選擇線(xiàn)段長(zhǎng)度在g/4<l<g/2范圍內(nèi)，以滿(mǎn)足振蕩的相位平衡條件。器件左邊的漸變微帶線(xiàn)起阻抗變換作用，使50 負(fù)載電阻變換成器件負(fù)阻值。2 晶體管振蕩器 a 反饋振蕩器的振蕩條件振蕩器設(shè)計(jì)與放大器設(shè)計(jì)很類(lèi)似。可以將同樣的晶體管、同樣的直流偏置電平和同樣的一組S參數(shù)用于振蕩器設(shè)計(jì)，對(duì)于

3、負(fù)載來(lái)說(shuō)，并不知道是被接到振蕩器，還是接到放大器。反饋振蕩器示意圖 (a) 反饋振蕩器電路框圖 (b) S參數(shù)等效網(wǎng)絡(luò)振蕩平衡條件為：b 負(fù)阻振蕩器的振蕩條件當(dāng)潛在不穩(wěn)定晶體管的一個(gè)端口具備一定的端接條件時(shí)，另一端口的輸入阻抗呈現(xiàn)負(fù)阻，等效為一個(gè)單端口的負(fù)阻器件。只要在該端口所接負(fù)載的正阻成分大于輸入阻抗中的負(fù)阻成分，放大器就不會(huì)自激。 若要構(gòu)成晶體管振蕩器，則是相反的情況。振蕩平衡條件為1S=1或2L=1或表示為幅值平衡與相位平衡條件:|1S|=11+S=2n(n=0，1，2，) 或|2L|=12+L=2n (n=0，1，2，) 式中的1、2由晶體管的大信號(hào)S參數(shù)所決定。 在運(yùn)用分析晶體管放

4、大器時(shí)的某些概念和方法時(shí)，需注意振蕩器在起振時(shí)是小信號(hào)條件，而后穩(wěn)定于大信號(hào)狀態(tài)。1 以上輸入端口或輸出端口的振蕩條件可任取其一?？梢宰C明，一個(gè)端口滿(mǎn)足振蕩條件，則另一個(gè)端口必同時(shí)滿(mǎn)足振蕩條件。2 振蕩器本無(wú)所謂輸入端、輸出端之分，兩個(gè)端口皆可輸出功率。一般將接負(fù)載獲取功率的端口稱(chēng)為輸出端口，而另一端口接無(wú)耗電納，稱(chēng)為輸入端口。3 負(fù)阻振蕩器電路的框圖可用上圖來(lái)表示，圖中端口1-1接的無(wú)耗電納使得端口2-2呈現(xiàn)負(fù)阻，即某些S導(dǎo)致|2|>1，然后由輸出端口進(jìn)行調(diào)諧和匹配，即實(shí)現(xiàn)|2L|>1。隨著振蕩幅度的增長(zhǎng)，晶體管在大信號(hào)條件下的S參數(shù)變化，端口2-2的負(fù)阻呈減小趨勢(shì)，振蕩將穩(wěn)定于

5、2L=1的狀態(tài)。4 S對(duì)應(yīng)的源阻抗為ZS=RS+jXS。 隨著振蕩幅度的增加，端口1對(duì)應(yīng)的R1將變得不夠負(fù)，振蕩難以維持(RS+R1<0)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇RS=R1/3。XL=- X1.二 PIN管微波開(kāi)關(guān)PIN管在正反向偏置下的不同阻抗特性可用來(lái)控制電路的通斷，組成開(kāi)關(guān)電路。PIN管開(kāi)關(guān)電路按功能分為兩種：一種是通斷開(kāi)關(guān)，如蛋刀單擲開(kāi)關(guān)，作用只是簡(jiǎn)單的控制傳輸系統(tǒng)中微波信號(hào)的通斷；另一種是轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，如單刀雙擲、單刀多擲開(kāi)關(guān)，作用是使信號(hào)在兩個(gè)或多個(gè)傳輸系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換。若按PIN管與傳輸線(xiàn)的連接方式，可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型一級(jí)串/并聯(lián)型三種；從開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)形式出發(fā)，可分為反射式開(kāi)關(guān)、諧振式開(kāi)關(guān)

6、、濾波器型開(kāi)關(guān)、陣列式開(kāi)關(guān)等。1 單刀單擲開(kāi)關(guān)（1）開(kāi)關(guān)的正反衰減比下圖為單管串聯(lián)型和并聯(lián)型開(kāi)關(guān)的原理圖及其微波等效電路圖。圖中分別為PIN管的等效阻抗和等效導(dǎo)納，分別為傳輸線(xiàn)的特性阻抗和特性導(dǎo)納，a、b分別為網(wǎng)絡(luò)的歸一化入射波和反射波。（a）串聯(lián)型原理圖；（b）串聯(lián)型等效電路；（c）并聯(lián)型原理圖；（d）并聯(lián)型等效電路設(shè)開(kāi)關(guān)輸入端信號(hào)源的資用功率為，輸出端負(fù)載吸收功率為。則定義開(kāi)關(guān)的衰減L為若開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)用散射S參量來(lái)表征，且假設(shè)開(kāi)關(guān)插入在匹配信號(hào)源和匹配負(fù)載之間，則上式化為（2）基本原理如果PIN管正、反偏時(shí)分別為理想短路和開(kāi)路，則對(duì)上圖（a）的串聯(lián)型開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，PIN管理想短路時(shí)，開(kāi)關(guān)電路理想導(dǎo)

7、通；PIN管理想開(kāi)路時(shí)，開(kāi)關(guān)理想斷開(kāi)。對(duì)（c）圖的并聯(lián)型開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，情況相反，PIN管短路，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；PIN管開(kāi)路，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。由于封裝參數(shù)的影響，對(duì)于單管開(kāi)關(guān)無(wú)論是串聯(lián)型還是并聯(lián)型，都只能在固定的某幾個(gè)較窄的頻率區(qū)間有開(kāi)關(guān)作用，而實(shí)際的工作頻率常常不在這些區(qū)域。為了擴(kuò)展開(kāi)關(guān)的工作模區(qū)，改善開(kāi)關(guān)性能，有的直接把管芯做在微波集成電路上；也有采用改進(jìn)的開(kāi)關(guān)電路，其中常用的有諧振式開(kāi)關(guān)、陣列式開(kāi)關(guān)和濾波器型開(kāi)關(guān)。2.單刀雙擲開(kāi)關(guān)最普通但又最常用的單刀多擲開(kāi)關(guān)是單刀雙擲開(kāi)關(guān)，它把信號(hào)來(lái)回?fù)Q接到兩個(gè)不同的設(shè)備上，形成交替工作的兩條微波通路。其典型的例子是雷達(dá)天線(xiàn)收發(fā)開(kāi)關(guān)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用一個(gè)天線(xiàn)，

8、用一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)來(lái)控制。右圖表示一并聯(lián)型單刀雙擲開(kāi)關(guān)的原理圖。管截止，或反之。并借助1/4波長(zhǎng)線(xiàn)的阻抗變換作用，使輸入信號(hào)全部從B或A中的一個(gè)端口輸出，此端口為導(dǎo)通通道，同時(shí)另一端口為斷開(kāi)通道。但是該單刀雙擲開(kāi)關(guān)需要兩個(gè)偏壓源，為節(jié)省偏壓源，實(shí)際中常采用一個(gè)偏壓源控制并聯(lián)型單刀雙擲開(kāi)關(guān)電路（如下圖），在此電路中，接在并聯(lián)的枝節(jié)上。當(dāng)都處于反偏時(shí)，B路接通；當(dāng)都處于正偏時(shí)，A路接通。因此可共用一個(gè)偏壓源。3.開(kāi)關(guān)時(shí)間和功率容量PIN管用作開(kāi)關(guān)時(shí)，其開(kāi)關(guān)時(shí)間必須滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)速度的要求，為提高開(kāi)關(guān)速度，應(yīng)盡量減薄I層，使儲(chǔ)存電荷減少。在這種情況下，開(kāi)關(guān)時(shí)間基本上由載流子在I層的渡越時(shí)間決定，而與

9、載流子壽命無(wú)關(guān)。但I(xiàn)層太薄，使二極管反向擊穿電壓減小，承受微波功率也減小，因此提高PIN管開(kāi)關(guān)速度受限于兩項(xiàng)極限參數(shù)，即開(kāi)關(guān)時(shí)間和功率容量。（1）開(kāi)關(guān)時(shí)間右圖表示PIN管從正偏電流突然轉(zhuǎn)向反偏時(shí)的情況。設(shè)正偏時(shí)I層儲(chǔ)存的電荷為，當(dāng)換成反偏時(shí)，I層儲(chǔ)存的電荷一部分被反向電流吸出，另外一部分則繼續(xù)復(fù)合，形成復(fù)合電流。顯然，單位時(shí)間內(nèi)層中電荷減少量等于單位時(shí)間內(nèi)從I層流出的電荷量與復(fù)合電荷之和，即考慮到t=0時(shí)，可解得假設(shè)時(shí)，電荷全部清除，即，當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)時(shí)間可近似表示為由此可見(jiàn)，當(dāng)PIN官給定后（已定），加大反向電流可使開(kāi)關(guān)時(shí)間減少。所以應(yīng)為PIN管開(kāi)關(guān)制作具有內(nèi)阻小而又能輸出大的反向偏壓的專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)

10、器。（2）功率容量當(dāng)PIN管導(dǎo)通時(shí)，功率容量的限制因素是最大允許的功耗，當(dāng)PIN管截止時(shí)，功率容量的限制因素是反向擊穿電壓。開(kāi)關(guān)的功率容量是指開(kāi)關(guān)所能承受的最大微波功率，它不僅與管子的功率容量有關(guān)，還與開(kāi)關(guān)電路的類(lèi)型（串聯(lián)或并聯(lián)）、工作狀態(tài)（連續(xù)波工作或脈沖工作）及具體結(jié)構(gòu)（散熱性能）有關(guān)。三 PIN管電調(diào)衰減器和限幅器用電信號(hào)控制衰減量的衰減器稱(chēng)為電調(diào)衰減器。利用PIN管正向電阻隨偏置電流連續(xù)變化的特性，可以做成各種類(lèi)型的電調(diào)衰減器。電調(diào)衰減器可用于振幅調(diào)制和穩(wěn)幅系統(tǒng)。1、環(huán)行器單管點(diǎn)調(diào)衰減器此電調(diào)衰減器的衰減由偏置電流來(lái)控制。偏置電流經(jīng)過(guò)直流偏置電路加到二極管上。環(huán)行器的作用是使得輸入電路能得到較好的匹配。這種單管電調(diào)衰減器的衰減量為式中：2、吸收陣列式衰減器為了使系統(tǒng)頻帶展寬、衰減量的動(dòng)態(tài)范圍增大及能承受較大的功率，可采用多個(gè)并接在傳輸線(xiàn)上的PIN管，管間相互間隔為1/4波長(zhǎng)的陣列衰減器。加正向偏置的PIN管等效為正向電阻，隨著管子正向偏電流的改變，各電阻阻值發(fā)生變化，故為一個(gè)電調(diào)衰減器。工程中通常采用多節(jié)級(jí)聯(lián)。由于輸入駐波比主要取決于前面幾個(gè)單節(jié)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，一般僅把三個(gè)管子的正向電阻形成漸變分布，而后面的管子則按等元件陣排列。3、PIN管限幅器電調(diào)衰減器是利用