微波固态电路习题3

微波固态电路习题三P245页

1.综述影响振荡器性能的主要因素及其改善措施。主要有频率准确度，频率准确度、频率稳定度和相位噪声。(1)、减少外部变化因素：偏置电源的不稳定。

(a)偏置电源的不稳定。

(b)环境温度的变化。

(c)负载阻抗由于环境温度的变化或者工作参数的改变而引起的改变也会引起振荡频率的变化;(d)机械振动或冲击也可能引起振荡频率的变化，这对于机载雷达系统更是如此。(2)、减少电路参数谁外界因素的变化。(3)、提高腔体Q值。

(a)、最大化无载Q值。

(b)、最大化存储在谐振回路中的能量，并减小能量的损耗。这可以通过提高加在谐振回路两端的射频电压，以及降低L/C的比率。

(4)、外部稳频法。(5)、注入锁定法。(6)、环路锁相法。(7)、无论如何要避免有源器件进入饱和状态。这要调节有源器件的偏置，或采用不降低Q值的增益自动控制系统来完成。(8)、选择使用的有源器件，要噪声系数F小的，闪烁频率fc低的。(9)、选择高输入阻抗的有源器件，比如FET。高的信噪比使信号电压大大高于噪声电压，从而减小相位的抖动。

(10)、谐振能量应最大限度地包含在谐振回路中，而不是电路的其它地方。3、有一个IMPATT二极管振荡器，P0=500mW，工作频率f0=12GHz，振荡器回路有载品质因数QL=200，在-30°C～-70°C范围内，频漂4MHz。（1）、求在振荡器锁定范围内，最小注入锁定功率Pi

（2）、是否增大Pi，就可以得到任意大的锁定范围？为什么。P230假定器件线为水平线，有：注入功率为：注入锁相一般采用注入功率Pi的办法来增大锁定范围，但是也是有一定限度的，当Pi太大而不符合小注入条件时，平衡条件的一阶近似就不成立，因此注入锁定法能实现的锁定范围是有限的。4.说明振荡器调谐和稳频的方法，并比较他们的优缺点。

常用的振荡器调谐稳频方法主要有：外腔稳频法、注入锁定法和锁相环稳频法等。外腔稳频法又分为：反射式外腔稳频法；频带反射式外腔稳频法和带组式外腔稳频法反射式外腔稳频法的振荡频率可能大于主谐振腔自谐振频率，也可能小于自谐振频率，其优点是结构简单，也易于用此方案改装原有的主谐振腔，因此应用较多。频带反射式外腔稳频法的调谐范围窄，其优点是只要稳频腔谐振在单一模式，则振荡器必定是单模工作。这种谐振器由于具有单调谐特性、性能优良、使用方便等优点，因此得到广泛的应有。带阻式外腔稳频法的调谐范围窄，由于介质谐振器对输出电路来说相当于起了带组滤波器的作用，因而负载功率较小，其优点在于其结构简单。注入锁定法具有稳定度高、频谱纯、寄生杂波小及相位噪声小等优点，已被广泛的应用于各种通信系统。5.设计一个６GHz的负阻振荡器,选用负阻二极管在50欧姆的微带传输线系统中的输入反射系数为Γin=1.25<40°负阻二极管的归一化输入阻抗为：则：根据起振条件：选择R小于36.25欧姆。串联电容为：6.GaAsFET在8GHz时的S参数如下：

S11=0.980<163°,S12=0.395<-45°,S21=0.675<-161°,S22=0.465<120°,要求：用该FET设计一个振荡器，画出具体的电路图并说明详细过程。首先确定晶体管必需具有潜在的不稳定性;这需要计算稳定性系数.K小于1，表明晶体管具有潜在的不稳定性。书上P241页例6.27.下面两只晶体管中那一只可以用来制作一个2GHz的振荡器？并详细说明设计过程。两只晶体在2GHz时的S参数如下：

晶体管A:S11=0.48<25°,S12=0,S21=5.0<30°,S22=0.3<-120°

晶体管B:S11=0.8<90°,S12=0,S21=4.0<65°,S22=2.0<180°首先确定晶体管必需具有潜在的不稳定性;这需要计算稳定性系数.由于S12=0,因而K>1,根据绝对稳定的充要条件:由于只有B管的输出端口存在潜在的稳定性，所以选择B管做设计，为了增加不稳定性，加入反馈电感0.1nH后的S参数为：此时的稳定性系数为：为了实现振荡，必须使振荡器的源反射系数接近于晶体管S11参量的导数这里取在源端串接一个在2GHz时，容抗为-j55.53的电容。输出端的反射系数为：输出端的阻抗为：为了使得到满足，必须选择利用ADS可以很方便的将振荡器的50欧姆输出阻抗变换到ZL8.GaAsMESFET并联反馈型振荡器电路如图所示。试问：

（1）、此电路属于哪类型振荡器电路？

（2）、振荡器的工作原理是什么？

（3）、振荡频率主要由什么器件确定？并说明理由。

（4）、画出其等效电路。

它是利用介质谐振器作选频反馈网络，以达到产生振荡和稳频的双重目的，其工作原理有些类似于具有反馈功能的晶体振荡器。在设计并联反馈型介质谐振器振荡器时，为了获得理想的稳频效果，必须采用单向性好的晶体管，亦即管子的S12应尽可能地小，希一望S12=0。否则，由于管子的内反馈作用，将无法实现预期的稳频性能。正因如此，这种振荡器电路中的晶体管目前常用微波场效应晶体管（FET）。而不用微波双极晶体管。除此之外，为了能产生振荡，并有足够大的功率输出，在工作频率上的放大器功率增益K。必须大十介质谐振器反馈网络的功率传输系数X的绝对值。该电路属于介质谐振器稳频振荡器。设放大器的输入电容和输出电容分别为Ci和C0，分别表示谐振器和输入输出传输线之间的耦合合系数，放大器的谐振频率可以表示为。等效电路为：可以看出，振荡器的频率主要由介质谐振器的谐振频率来决定。式中是未偶合的介质谐振器的谐振角频率，Q0是其无载Q值，它们分别为：P2861、为什么PIN管可以用很小的偏置控制功率就可以控制很大的微波功率。PIN管在直流偏置电压的作用下，零偏压呈现高阻，反偏电压时阻抗加大，正偏时呈现低阻，且偏流越大，Rj越低。在微波信号的作用下，管子的阻抗主要取决于直流偏置的大小，而与微波信号的幅度无关。PIN管的微波阻抗只取决于直流偏置的特性，它非常适合做微波控制器件。因此，可以利用小功率（直流）改变PIN管中的阻抗，以控制微波功率。负偏压时对微波信号呈开路，而正偏电压时对微波信号呈短路，则可构成微波开关或开关式移相器；PIN开关在正向小电流偏置情况下，如果连续调节直流电流，Rf值连续改变，从而可构成微波电控衰减器。2、对于封装后的PIN管，若引线电感Ls=0.5nH，管壳电容Cp=0.3pF，在反偏下管芯电容Cj=0.5pF，串联电阻为Rr=1欧姆，正偏之下串联电阻为Rf=1.5欧姆；如用此管子工作频率在6GHz的单管并联式开关，调整其状态为反向模，传输线阻抗特性为50欧姆，试求开关的隔离度和插入损耗。对并联谐振，正偏时的导纳为：将YD带入L并可求得PING开关的隔离度代公式P252页对并联谐振，反偏时的阻抗为：将YD带入L并可求得PING开关的插入损耗。对串联谐振，正偏时的阻抗为：3、已知某PIN管的正偏电阻Rf=0.4欧姆，反偏电容为Cj=0.15pF,传输线的特征阻抗为50欧姆，（1）、若将该