非线性微波电路与系统第十章课件

微波振荡器 微波振荡器是各类微波系统的关键(核心）部件之一，其性能优劣直接影响到电子系统的性能指标。 微波振荡器件可采用晶体管（单栅和双栅）（效率高达40%以上），雪崩二极管（效率为15%左右）和耿氏二极管（效率仅有5%）。 电路形式有：自由振荡器，高Q腔和介质穏频振荡器，频率综合器。foutPout11微波振荡器的主要性能指标：1、工作频率和带宽（VCO）；2、输出驻波系数；3、稳定度

①频率准确度 ②频率稳定度（分长期、短期和瞬时） ③功率稳定度4、调频噪声5、相位噪声6、谐波和杂散7、输出功率（以及功率平坦度和稳定度）8、频率牵引、频率温度系数、调频线性度等等@微波振荡器21微波振荡器双极晶体管：工作频率低，相位噪声低，直流到射频的转换效率高。FET类（包括GaAsMESFET、HEMT、PHEMT和HBT等）：相位噪声大，结构简单，便于集成，成本低，可以用于更高的频率。雪崩（IMPATT）和耿氏（Gunn)二极管：工作频率高，噪声电平比较高，直流到射频的转换效率很低。31 稳定振荡过程是一个逐步建立起来的瞬态，振荡开始时V0和I0很小，不满足上式，直到V0和I0很大到达某一定值时，上式成立，振荡趋于稳定。且受扰动后，正弦电压和电流仍回到它的稳定值。稳定振荡另一种表达方式：51§10.1基本理论

微波振荡器正反馈理论→三极管振荡器61微波振荡器71微波振荡器91一、小信号设计方法微波振荡器101可以证明，如果输入端振荡，输出端也振荡；当输出端振荡时，输入端也振荡。微波振荡器111设计一个FET振荡器的一般步骤是：1、potentiallyunstabletransistor,如果不是，则采用反馈元件2、3、4、5、Loadmatchingnetwork微波振荡器131Example:GaAsFET.(1)(2)微波振荡器141（3）（4）微波振荡器151三、FET振荡器的非线性分析

以上采用小信号线性S参数进行分析和设计，得不到精确预计输出功率和对应的负载阻抗。 FET振荡器非线性分析方法→Volterra级数法。而采用谐波平衡法有以下两个难点：①建立饱和状态模型较为困难；②HB法只能分析一个外激励频率信号去激励一个非线性电路，而振荡稳定是一个逐渐建立的过程，开始振荡时的频率与稳定后的振荡频率不同，且电路参数是随频率变化的过程。微波振荡器171FFS(t)S(t)W(t)W(t)FF-PPFF-PP闭环非线性反馈系统开环非线性系统闭环等效电路开环系统S(t)X(t)W(t)kωωS(t)X(t)W(t)kωωZ(t)微波振荡器181微波振荡器191五、性能参数振荡器的两个主要性能是它的频率和输出功率，但其它性能参数对微波或毫米波系统的性能也有很大的影响：1、输出频率和频率准确度

由器件和电路结构决定。微波振荡器2、输出功率P0

主要取决于器件。2113、相位噪声微波振荡器输出频谱中产生的噪声边带。221要把相位噪声减至最小，不仅要使用①低噪声器件，②而且还要使用高的有载Q谐振器，在电压控制振荡器中，应使用高Q变容二极管。③用锁相振荡器也可以实现低的相位噪声，如晶体振荡器。④由于相位噪声也可由来自直流电源或耦合到直流偏置电路的噪声引起，所以直流电源的滤波在减小相位噪声方面是不可忽视的。微波振荡器2315、热稳定性→T的变化引起f0和P0的变化振荡器的温度变化可以同时影响谐振器的谐振频率和FET的Гin，从而使振荡频率发生变化。温度变化也可以使输出功率减小，甚至可以使振荡完全停止。温度补偿电路一般包含在偏置电路中。谐振器也可以按补偿振荡器频率的变化进行设计。微波振荡器2516、频率滞后调谐漂移7、谐波和假响应输出 可采用滤波器进行抑制。在设计良好的振荡器中，引起频率滞后调谐漂移的主要原因是由变容管上的热耗散引起的。微波振荡器261§

10.2电路拓扑

1）VCO 共栅电路是实现VCO的最流行的一种，因为只需用一个非常简单的反馈电路（一个电感）就可以在很宽的频率范围内实现负电导。2）点频振荡器 采用共源电路。在这些应用中，一般是使用介质谐振器的固定频率振荡器。介质谐振器是用新型陶瓷材料做成的，具有高的介电常数。微波振荡器DSGL地271微波振荡器291微波振荡器301§

12.2VCO机械调谐变容二极管调谐偏置调谐YIG调谐VCO的特点：输出功率稳定

调谐范围宽调谐速度快微波振荡器311微波振荡器321微波振荡器331微波振荡器341微波振荡器351微波振荡器361例耿氏管：RD=10，CD=1pF，LP=1nH变容二极管：Cj(0)=1pF，Vbi=1V微波振荡器371

∵RD＞Rc

∴满足振荡条件

∴微波振荡器381当V=O时 当V=10时微波振荡器391例2V-band(60GHz)微带GunnVCO微波振荡器401微波振荡器411微波振荡器421X波段PHEMT管VCO的设计实例中心频率为9.1GHz，调谐带宽>200MHz，输出功率>8dBm，相噪为<-70dBc/Hz@1kHz在Rogers6010上制作，基片厚0.635mm，介电常数10.2，PHEMT采用HP的A