微波半导体二极管负阻器件

微波半导体二极管负阻器件第1页/共28页2微波半导体二极管振荡器负阻振荡器的一般理论负阻振荡器电路振荡器的频率稳定问题第2页/共28页3负阻振荡起振与平衡负阻振荡器的一般理论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)---外电路阻抗(包括活塞腔，调配螺钉，外负载)---负阻二极管阻抗，I是振荡电流幅度第3页/共28页4一、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:若存在自由振荡，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。第4页/共28页5第5页/共28页6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、平衡条件第6页/共28页7第7页/共28页8三、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。最佳负载：第8页/共28页9负阻振荡器频率取决于外电路谐振频率。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。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。第9页/共28页10阻抗：Z()---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：第10页/共28页11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。第11页/共28页12波导腔是一个谐振电路，调配螺钉又等效于1个电路。两个调谐电路逐点可画出Y()的变化轨迹。第12页/共28页13Yd(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)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。第13页/共28页14外电路几种调谐状态第14页/共28页15

实际振荡器调谐曲线(两个回路谐振频率同时变化)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fa<f<fc范围内得不到稳定振荡。第15页/共28页16

频率跳变伴随有功率跳变第16页/共28页17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。负阻振荡器电路

波导腔振荡器第17页/共28页18

径向腔(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ZW。设计腔高h使盘半径长度构成相当于g/4阻抗变换器，使之阻抗匹配。Gunn与IMPATT输出阻抗很低，功率输不出来：90GHz以上用径向腔较多第18页/共28页19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。调谐方式机械调谐通过改变谐振腔的尺寸来改变振荡频率电调谐偏置调谐通过改变负阻器件的偏置来改变振荡器的振荡频率，体效应管采用偏压调谐，雪崩管采用偏流调谐，但是频率变化的同时输出功率也在发射变化，甚至出现停振变容管调谐YIG调谐第19页/共28页并联调谐等效电路变容管调谐第20页/共28页串联调谐等效电路第21页/共28页YIG调谐负载振荡器第22页/共28页第23页/共28页24振荡器的频率稳定问题温度变化，频率漂移

温度变化电抗变化

频率变化电抗变化频率稳定性频率稳定度定义：单位：1/0C或ppm/0C一般为M=10-3~10-4/0C稳定时R-Rd=0X+Xd=0第24页/共28页25

电路：

稳定时有：--R为负载阻抗--m为电抗变化斜率对于LC电路：第25页/共28页261.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