9微波半导体二极管负阻器件讲解

1、1微波半导体二极管振荡器微波半导体二极管振荡器l负阻振荡器的一般理论l负阻振荡器电路l振荡器的频率稳定问题2l负阻振荡起振与平衡负阻振荡起振与平衡负阻振荡器的一般理论负阻振荡器的一般理论LZ)(Z偏置引入负阻器件调配器负载波导谐振腔短路活塞)(tvL)(tvd网络LZ)(IZdi(t)(Z波导型负阻振荡器结构：负阻器件，谐振腔，调配器(波导、微带、鳍线)()()(jXRZ- 外电路阻抗(包括活塞腔，调配螺钉，外负载)()()(IjXIRIZddd- 负阻二极管阻抗，I是振荡电流幅度3一、起振条件一、起振条件 刚起振时，振荡处于“小信号”状态，负载电流 I0 能振荡条件能振荡条件:若存在自由振荡

2、，回路电流 i 满足即要求负阻器件的小信号负阻的绝对值大于外电路的电阻。45随振荡增强，器件阻抗Zd变化，负阻Rd值下降。当器件负阻Rd(I)等于外电路正阻时，振荡不再增强，达到稳态平衡。二、平衡条件二、平衡条件67三、最佳负载 Zd的虚部变化相对小些，实部变化大些。随着I的变化，实部下降。 用物理概念判断输出功率： * R()-负载阻抗很大，I 很小，获得振荡稳定功率也很小。(勉强刚起振，不易给出功率)。 * R()Rd(I)0-负载接近短路，显然获得功率也小。 * 中间必有一个最佳负载值，可获得最大输出功率。RoutP3)0(doptRR)0(31dLRR 最佳负载：8 负阻振荡器频率取决

3、于外电路谐振频率。具有一个外电路时，振荡频率是固定的。如果外电路有两个相互耦合，就可能有两个振荡频率。调节频率过程中有时振荡在某一个，有时振荡在另一个。 振荡特性用阻抗轨迹图或导纳轨迹图。导纳轨迹图优点是概括了全部导纳点。l负阻振荡器的调谐特性负阻振荡器的调谐特性*阻抗(导纳)轨迹图是指从器件端口向外电路看去总的阻抗(导纳)随振荡频率而变化的曲线。阻抗(导纳)轨迹图因谐振回路情况而异，进行调谐时会变化。9RjXPZ()0r)(IZd00阻抗：)1()(CLjrZZ() - 垂直线，外电路阻抗线Zd(I) - 器件阻抗线Z()- Zd(I) =0，交点P 是振荡频率点。 单个谐振电路单个谐振电路

4、：)(IZdCrL10GjB2P1P)(Y)(VYdr1000)1(1)(CLjrY导纳： 由=0 =0 =构成圆 交点有两个：P1 和P2 由Yd 顺时针转向Y()的夹角 180时是稳定点。P1稳定，P2不稳定 所谓稳定是指出现小扰动时，频率偏移，电路能牵引回来。11 波导腔是一个谐振电路，调配螺钉又等效于1个电路。两个调谐电路两个调谐电路CL)(VYdCLrY 逐点可画出Y()的变化轨迹。LZ)(Z偏置引入负阻器件调配器负载波导谐振腔短路活塞12GjB2P1P)(Y)(VYdr103P0mnCjY1LjY Yd(V)和Y()的交点可能有3个， 其中P1 和P2 是稳定的 如果调谐由m(低频

5、)向高频调，将稳定在P1；如果调谐由n(高频)向低频调，将稳定在P2 。 改变L、C或L、C任意一个调谐电路时，曲线导纳轨迹图上下移动，交点P1 、P2和P3也在变动，从而形成调谐曲线。)1(1 )1()(CLjrLCjY13GjB)(Y)(VYdr10dc(a)GjB)(Y)(VYddc(b)GjB)(Y)(VYdba(c)GjB)(Y)(VYd(d)外电路几种调谐状态外电路几种调谐状态14 实际振荡器调谐曲线(两个回路谐振频率同时变化)fbadccdafcf工作区调谐方向 当调谐元件在某一范围内沿某方向调节和沿相反方向调节时，振荡器的工作频率沿不同曲线跳变，这种现象叫调谐的滞后特性。 在

6、fa f fc 范围内得不到稳定振荡。15Pbadc调谐方向 频率跳变伴随有功率跳变16 波导阻抗为高阻抗，Gunn与IMPATT输出阻抗很低，故波导做成扁状以降低其阻抗实现匹配。 波导腔损耗小，使波导腔振荡器有较高的频率稳定度和较好的噪声性能。 18GHz以上广泛使用。波导端块g/4引入偏压绝缘膜耿二极管耦合窗调谐螺钉功率输出负阻振荡器电路负阻振荡器电路 波导腔振荡器1717 径向腔径向腔( (实际使用时常用结构实际使用时常用结构) )采用圆盘形径向腔。由腔四周向波导视去阻抗是采用圆盘形径向腔。由腔四周向波导视去阻抗是Z ZW W。设计腔高设计腔高h h使盘半径长度使盘半径长度构成构成相当于

7、相当于 g g/4/4阻抗变换器，阻抗变换器，使之阻抗匹配。使之阻抗匹配。hd调谐活塞调谐帽负阻器件输出偏置引入低通滤波器金属杆WZ-R42gdSZdSZZZ2WSZZZ2 dZpL Gunn Gunn与与IMPATTIMPATT输出阻抗很低，功率输不出来：输出阻抗很低，功率输不出来： 90GHz 90GHz以上用径向腔较多以上用径向腔较多18负阻振荡器的频率调谐负阻振荡器的频率调谐所谓频率调谐就是采取一定的措施改变振荡器的振荡频率。所谓频率调谐就是采取一定的措施改变振荡器的振荡频率。调调谐谐方方式式机械调谐机械调谐通过改变谐振腔的尺寸来改变振荡频率通过改变谐振腔的尺寸来改变振荡频率电电调调谐

8、谐偏置调谐偏置调谐通过改变负阻器件的偏置来改通过改变负阻器件的偏置来改变振荡器的振荡频率，体效应变振荡器的振荡频率，体效应管采用偏压调谐，雪崩管采用管采用偏压调谐，雪崩管采用偏流调谐，但是频率变化的同偏流调谐，但是频率变化的同时输出功率也在发射变化，甚时输出功率也在发射变化，甚至出现停振至出现停振变容管调谐变容管调谐YIG调谐调谐并联调谐并联调谐等效电路等效电路变容管调谐变容管调谐串联调谐串联调谐等效电路等效电路YIG调谐负载振荡器调谐负载振荡器2323-RdjXdRjX负载Gunn振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题温度变化，频率漂移温度变化，频率漂移 温度变化温度变化 电抗变化电抗变化

9、 频率变化频率变化 电抗变化电抗变化频率变)(dXXX)(dXXXl频率稳定性频率稳定性频率稳定度定义：频率稳定度定义：TM10单位：单位：1/1/0 0C C或或 ppm/ ppm/ 0 0C C一般为一般为M=10M=10-3-31010-4-4/ /0 0C C稳定时稳定时 R-RR-Rd d=0=0 X+X X+Xd d=0=0240)()(ddXXXX 电路：RXXRQdm)(2RQXXd2)( 稳定时有：- R 为负载阻抗- m为电抗变化斜率对于LC电路：cLX121CLXRLRLLRCLQ/2122251. 减小 ：恒温、稳压2. 减小 X/：低膨胀材料、温度补偿3. 提高腔体Q值：抛光，镀银或金(导电性不好，稳定性好)4. 注入锁定(已很少用)5. 锁相环6. 外腔稳频 频率相对变化：QRXXd2 R不