微波电子线路大作业3

1、微波电子线路大作业姓名：班级：021014 学号：一 微波振荡器1 微波二极管负阻振荡器电路a 负阻振荡器振荡条件二极管负阻振荡器的等效电路如图所示，短路(或开路)双线L等效微波谐振腔，变压器表示微波阻抗变换器。可将图 (a)进一步简化为图 (b)所示的一般等效电路，从器件向外看去为负载输入导纳YL=GL+jBL，负阻器件的输入导纳表示为YD=GD+jBD。图 二极管负阻振荡器(a) 二极管负阻振荡器等效电路 （b）负阻振荡器原理图微波二极管振荡器是单端口负阻振荡器，在稳定状态下应满足YD+YL=0。n 振幅平衡条件：GD+GL=0n 相位平衡条件：BD+BL=0振荡器通常工作在大信号状态，负

2、电导GD在起振后有所降低.为易于起振，设计时使负载电导GL略小于GD(取GD1.2GL)。因此负阻振荡器的振荡条件也可写为：GDGL BD=BLb 负阻振荡器电路微带振荡器：体效应管与微带线并接，偏置通过微带低通滤波器加入。图6-2(a)中器件的右边是一段长度为L的终端开路微带线，它等效于一个电抗网络，选择线段长度在g/4<l<g/2范围内，以满足振荡的相位平衡条件。器件左边的渐变微带线起阻抗变换作用，使50 负载电阻变换成器件负阻值。2 晶体管振荡器 a 反馈振荡器的振荡条件振荡器设计与放大器设计很类似。可以将同样的晶体管、同样的直流偏置电平和同样的一组S参数用于振荡器设计，对于

3、负载来说，并不知道是被接到振荡器，还是接到放大器。反馈振荡器示意图 (a) 反馈振荡器电路框图 (b) S参数等效网络振荡平衡条件为：b 负阻振荡器的振荡条件当潜在不稳定晶体管的一个端口具备一定的端接条件时，另一端口的输入阻抗呈现负阻，等效为一个单端口的负阻器件。只要在该端口所接负载的正阻成分大于输入阻抗中的负阻成分，放大器就不会自激。 若要构成晶体管振荡器，则是相反的情况。振荡平衡条件为1S=1或2L=1或表示为幅值平衡与相位平衡条件:|1S|=11+S=2n(n=0，1，2，) 或|2L|=12+L=2n (n=0，1，2，) 式中的1、2由晶体管的大信号S参数所决定。 在运用分析晶体管放

4、大器时的某些概念和方法时，需注意振荡器在起振时是小信号条件，而后稳定于大信号状态。1 以上输入端口或输出端口的振荡条件可任取其一。可以证明，一个端口满足振荡条件，则另一个端口必同时满足振荡条件。2 振荡器本无所谓输入端、输出端之分，两个端口皆可输出功率。一般将接负载获取功率的端口称为输出端口，而另一端口接无耗电纳，称为输入端口。3 负阻振荡器电路的框图可用上图来表示，图中端口1-1接的无耗电纳使得端口2-2呈现负阻，即某些S导致|2|>1，然后由输出端口进行调谐和匹配，即实现|2L|>1。随着振荡幅度的增长，晶体管在大信号条件下的S参数变化，端口2-2的负阻呈减小趋势，振荡将稳定于

5、2L=1的状态。4 S对应的源阻抗为ZS=RS+jXS。 随着振荡幅度的增加，端口1对应的R1将变得不够负，振荡难以维持(RS+R1<0)。因此，设计时应选择RS=R1/3。XL=- X1.二 PIN管微波开关PIN管在正反向偏置下的不同阻抗特性可用来控制电路的通断，组成开关电路。PIN管开关电路按功能分为两种：一种是通断开关，如蛋刀单掷开关，作用只是简单的控制传输系统中微波信号的通断；另一种是转换开关，如单刀双掷、单刀多掷开关，作用是使信号在两个或多个传输系统中转换。若按PIN管与传输线的连接方式，可分为串联型、并联型一级串/并联型三种；从开关结构形式出发，可分为反射式开关、谐振式开关

6、、滤波器型开关、阵列式开关等。1 单刀单掷开关（1）开关的正反衰减比下图为单管串联型和并联型开关的原理图及其微波等效电路图。图中分别为PIN管的等效阻抗和等效导纳，分别为传输线的特性阻抗和特性导纳，a、b分别为网络的归一化入射波和反射波。（a）串联型原理图；（b）串联型等效电路；（c）并联型原理图；（d）并联型等效电路设开关输入端信号源的资用功率为，输出端负载吸收功率为。则定义开关的衰减L为若开关网络用散射S参量来表征，且假设开关插入在匹配信号源和匹配负载之间，则上式化为（2）基本原理如果PIN管正、反偏时分别为理想短路和开路，则对上图（a）的串联型开关来说，PIN管理想短路时，开关电路理想导

7、通；PIN管理想开路时，开关理想断开。对（c）图的并联型开关来说，情况相反，PIN管短路，对应开关断开；PIN管开路，对应开关导通。由于封装参数的影响，对于单管开关无论是串联型还是并联型，都只能在固定的某几个较窄的频率区间有开关作用，而实际的工作频率常常不在这些区域。为了扩展开关的工作模区，改善开关性能，有的直接把管芯做在微波集成电路上；也有采用改进的开关电路，其中常用的有谐振式开关、阵列式开关和滤波器型开关。2.单刀双掷开关最普通但又最常用的单刀多掷开关是单刀双掷开关，它把信号来回换接到两个不同的设备上，形成交替工作的两条微波通路。其典型的例子是雷达天线收发开关，发射机和接收机共用一个天线，

8、用一个单刀双掷开关来控制。右图表示一并联型单刀双掷开关的原理图。管截止，或反之。并借助1/4波长线的阻抗变换作用，使输入信号全部从B或A中的一个端口输出，此端口为导通通道，同时另一端口为断开通道。但是该单刀双掷开关需要两个偏压源，为节省偏压源，实际中常采用一个偏压源控制并联型单刀双掷开关电路（如下图），在此电路中，接在并联的枝节上。当都处于反偏时，B路接通；当都处于正偏时，A路接通。因此可共用一个偏压源。3.开关时间和功率容量PIN管用作开关时，其开关时间必须满足系统对开关速度的要求，为提高开关速度，应尽量减薄I层，使储存电荷减少。在这种情况下，开关时间基本上由载流子在I层的渡越时间决定，而与

9、载流子寿命无关。但I层太薄，使二极管反向击穿电压减小，承受微波功率也减小，因此提高PIN管开关速度受限于两项极限参数，即开关时间和功率容量。（1）开关时间右图表示PIN管从正偏电流突然转向反偏时的情况。设正偏时I层储存的电荷为，当换成反偏时，I层储存的电荷一部分被反向电流吸出，另外一部分则继续复合，形成复合电流。显然，单位时间内层中电荷减少量等于单位时间内从I层流出的电荷量与复合电荷之和，即考虑到t=0时，可解得假设时，电荷全部清除，即，当时，开关时间可近似表示为由此可见，当PIN官给定后（已定），加大反向电流可使开关时间减少。所以应为PIN管开关制作具有内阻小而又能输出大的反向偏压的专门驱动

10、器。（2）功率容量当PIN管导通时，功率容量的限制因素是最大允许的功耗，当PIN管截止时，功率容量的限制因素是反向击穿电压。开关的功率容量是指开关所能承受的最大微波功率，它不仅与管子的功率容量有关，还与开关电路的类型（串联或并联）、工作状态（连续波工作或脉冲工作）及具体结构（散热性能）有关。三 PIN管电调衰减器和限幅器用电信号控制衰减量的衰减器称为电调衰减器。利用PIN管正向电阻随偏置电流连续变化的特性，可以做成各种类型的电调衰减器。电调衰减器可用于振幅调制和稳幅系统。1、环行器单管点调衰减器此电调衰减器的衰减由偏置电流来控制。偏置电流经过直流偏置电路加到二极管上。环行器的作用是使得输入电路能得到较好的匹配。这种单管电调衰减器的衰减量为式中：2、吸收阵列式衰减器为了使系统频带展宽、衰减量的动态范围增大及能承受较大的功率，可采用多个并接在传输线上的PIN管，管间相互间隔为1/4波长的阵列衰减器。加正向偏置的PIN管等效为正向电阻，随着管子正向偏电流的改变，各电阻阻值发生变化，故为一个电调衰减器。工程中通常采用多节级联。由于输入驻波比主要取决于前面几个单节，因此在实际应用中，一般仅把三个管子的正向电阻形成渐变分布，而后面的管子则按等元件阵排列。3、PIN管限幅器电调衰减器是利用