微波技術(shù)第六章

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院上一頁下一頁回目錄第第6 6章章 微波有源器件與電路微波有源器件與電路l 6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性l6.1.2 小信號微波晶體管放大器的設(shè)計l6.1 微波晶體管放大器l6.2 微波混頻器l6.3 微波振蕩器上一頁下一頁回目錄6.1 微波晶體管放大器微波晶體管放大器 雙極晶體管BJT 場效應(yīng)晶體管FET微波晶體管放大器的微波晶體管從結(jié)構(gòu)與機(jī)理上可分微波晶體管放大器的微波晶體管從結(jié)構(gòu)與機(jī)理上可分為兩大類為兩大類:具有很好的具有很好的高頻特性，高頻特性，工作頻率范工作頻率范圍為圍為240GHz，其，其特點是相位特點是相位噪聲低，適噪聲低，適于作微波振于作微波振蕩器蕩

2、器工作頻率范工作頻率范圍為圍為220GHz，一，一般用作小信般用作小信號放大器和號放大器和功率放大器。功率放大器。PNP或NPN型只有一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上一頁下一頁回目錄微波晶體管放大器的優(yōu)點：工作頻率寬、噪聲低、動態(tài)范圍大、體積小、重量輕、省電，而且隨頻率的升高尺寸變小、阻抗變低、更便于和微帶電路連接。 微波晶體管本身及其輸入、輸出端的外接電路為了降低噪聲系數(shù)，可采取以下措施：1、盡可能選用基極電阻小、特征頻率高、放大系數(shù)大的晶體管；2、放大器輸入端的匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能使信號源處于最佳噪聲匹配狀態(tài)，此時放大器的噪聲系數(shù)為晶體管的最小噪聲系數(shù)；3、在多級放大中，前置放大器應(yīng)按最小噪聲系數(shù)進(jìn)行設(shè)計，而后

3、面的主放大器則按最大功率增益進(jìn)行設(shè)計。6.1 微波晶體管放大器微波晶體管放大器上一頁下一頁回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性設(shè)計微波晶體管放大器時，必須首先保證它能穩(wěn)定工作而不產(chǎn)生自激振蕩。 指負(fù)載阻抗和源阻抗可以任意選擇，放大器都穩(wěn)定工作。絕對穩(wěn)定 指只有在負(fù)載 源阻抗?jié)M足一定條件時放大器才穩(wěn)定工作。潛在不穩(wěn)定無條件穩(wěn)定有條件穩(wěn)定上一頁下一頁回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性10110101011jXZRjXZRZZZZ20220202022jXZRjXZRZZZZ21201212011)()(XZRXZR22202222022

4、)()(XZRXZRZsEs1iU2iU放大器件1rU2rU12LZ1122上一頁下一頁回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性若網(wǎng)絡(luò)是無條件穩(wěn)定的，即R10和R20 則必須有|1|1 和|2|1 或|2|1 ,則網(wǎng)絡(luò)是不穩(wěn)定的。1112和 是放大器穩(wěn)定與不穩(wěn)定的分界線結(jié)論： |1|1為有條件穩(wěn)定的；因此， |11,該圓稱為輸入端口的穩(wěn)定判別圓，記作S2上一頁下一頁回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性(a)(c)(e)表示S2圓外為穩(wěn)定區(qū);(b)(d)(f)表示S2圓內(nèi)為穩(wěn)定區(qū);(a)(b)表示無條件穩(wěn)定;(c)(d)(e)(f)表示有條

5、件穩(wěn)定若判別圓S2包含L復(fù)平面上的原點，則S2圓內(nèi)區(qū)域為穩(wěn)定區(qū)域，圓外為不穩(wěn)定區(qū)域，反之判別圓S2不包含復(fù)平面山的原點，則S2圓外區(qū)域為穩(wěn)定區(qū)域，圓內(nèi)為不穩(wěn)定區(qū)域。上一頁下一頁回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性穩(wěn)定性判別圓S2圓心坐標(biāo)和圓半徑的關(guān)系為:222222211221rSS指 單位圓內(nèi)存在不穩(wěn)定區(qū),只有避開不穩(wěn)定區(qū)域，放大器才能正常工作。1L1s放大器的充分必要條件為11121122222112211KSSSSSS2112222221121SSSSK22111221S SS S 數(shù)系定穩(wěn)上一頁下一頁回目錄6.1.2 小信號微波晶體管放大器設(shè)計小信號微波晶

6、體管放大器設(shè)計輸入匹配網(wǎng)絡(luò)微波晶體管輸出匹配網(wǎng)絡(luò)微波晶體管放大器方框圖設(shè)計步驟（1）確定電路形式（2）選晶體管（3）工作狀態(tài)的選擇（4）判別晶體管的穩(wěn)定性（5）設(shè)計輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。 圖解法圖解法 利用計算機(jī)輔助設(shè)計利用計算機(jī)輔助設(shè)計小信號微波晶體管放大器的技術(shù)指標(biāo)：工作頻率與頻帶寬度、功率增益、噪聲系數(shù)、線性輸出功率 輸入和輸出電壓駐波比、穩(wěn)定性上一頁下一頁回目錄6.1.2 小信號微波晶體管放大器設(shè)計小信號微波晶體管放大器設(shè)計在微波晶體管設(shè)計中， 的設(shè)計方法稱為。012S采用輸入和輸出端共軛匹配，以獲得最大增益的設(shè)計方法叫。當(dāng)輸入和輸出端都是共軛匹配時，單向轉(zhuǎn)換功率增益最大，即)1)(1

7、(222211221max2max10SSSGGGGTu單向化設(shè)計法如例單向化設(shè)計法如例6.1所示所示 根據(jù)微波晶體管S12的大小和穩(wěn)定性來區(qū)分放大器的設(shè)計方法，則有單向化設(shè)計、非單向雙共軛匹配設(shè)計和潛在不穩(wěn)定條件下的設(shè)計。 輸入、輸出端都接阻抗Z0時的正向轉(zhuǎn)換功率增益 由晶體管輸入端與源之間的匹配決定的附加增益 由晶體管輸出端與負(fù)載之間的匹配決定的附加增益 上一頁下一頁回目錄選 擇 晶 體 管 及 電 路 形 式測 量 晶 體 管 的 S參 數(shù)判 斷 晶 體 管 的 穩(wěn) 定 性不 能 忽 略 S12的 影 響忽 略 S12的 影 響制 作 晶 體 管 放 大器 并 進(jìn) 一 步 調(diào) 試按 對

8、放 大 器 提 出 指 標(biāo) 要求 設(shè) 計 輸 入 輸 出 網(wǎng) 絡(luò)是 絕 對 穩(wěn) 定 的 嗎 ？（ k 1?)判 斷 能 否 單 向 化 ？是 絕 對 穩(wěn) 定 的 嗎？ （ k1?)結(jié) 束作 穩(wěn) 定 判 別 圓 ， 檢查 s、 l的 選 擇 是否 滿 足 放 大 器 的 穩(wěn)定 性滿 足 穩(wěn) 定 ？需 要 重 新 選 擇 晶 體管 及 測 量 S參 數(shù) 嗎 ？NNYYYYYNNN開 始單向化設(shè)計流程圖上一頁下一頁回目錄6.2 微波混頻器微波混頻器經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換微波信號中頻放大后,再轉(zhuǎn)換中頻信號由天線發(fā)射到下一站微波信號轉(zhuǎn)換頻率的部件叫做上一頁下一頁回目錄6.2 微波混頻器微波混頻器微波混頻器的混頻原

9、理(肖特基勢壘二極管混頻)二極管的電壓-電流特性為tnUgtUgtUUfisnLsnssLL)cos(cos)cos(100tnUgsnLsn)cos(1), 3 , 2 , 1(n混頻器電流的部分頻譜分布LSifSLif或中頻鏡頻SLK 2凈變頻損耗寄生頻率上一頁下一頁回目錄6.2 微波混頻器微波混頻器混頻器的主要特性 凈變頻損耗、寄生參量損耗、混頻器中其他電路元件的損耗。 凈變頻損耗為主要的損耗變頻損耗 在標(biāo)準(zhǔn)溫度下，輸入端信噪比與輸出端信噪比之商混頻器噪聲系數(shù) 一般要求信號端口輸入駐波比要更小一些 信號與本振端口之間的隔離度定義為輸入微波信號功率和泄漏到本振端的信號功率之比.混頻器的其他特性)/(/sifmififssmNNLNPNPFifsmPPL上一頁下一頁回目錄微波二極管振蕩器 轉(zhuǎn)移電子體效應(yīng)二極管振蕩器及雪崩二極管振蕩器 振蕩機(jī)理都是二極管的負(fù)阻特性微波晶體三極管振蕩 雙極晶體三極管振蕩器 場效應(yīng)三極管振蕩器 異質(zhì)結(jié)雙極晶體三極管振蕩器電真空器件構(gòu)成 電真空器件常用于雷達(dá)、電子加速器等領(lǐng)域 將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為電磁場的微波能量。體效應(yīng)二極管和雪崩二極管振蕩器均屬于像微波晶體管必須將反饋電路聯(lián)系在一起時，才具有負(fù)阻特性，由它構(gòu)成的振蕩器稱為反饋型振蕩器。 上一頁下一頁回目錄6.3 微波振蕩器微