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文档简介
第7章微波二极管及其电路7.1金属-半导体结二极管及微波混频器7.1.1金属半导体二极管7.1.2微波混频器的工作原理7.1.3微波混频器的变频损耗7.1.4混频器的噪声系数7.1.5微波混频器电路7.2微波变容二极管及微波上变频器7.2.1微波变容二极管7.2.2非线性电容中的能量关系及其应用7.2.3变容管上变频器7.3微波体效应二极管及负阻振荡器7.3.1体效应二极管7.3.2微波二极管负阻振荡器电路7.4PIN管及微波控制电路7.4.1PIN二极管的基本特性7.4.2PIN管微波开并电路7.4.3PIN管电调衰减器7.4.4PIN管移相器7.1金属-半导体结二极管及微波混频器7.1.1金属半导体二极管(如图7-3)N型半导体功函数小于金属的功函数。两者接触时形成(a)中的内建电场。加正向偏压时,内建电场被削弱,形成扩散电流(b)。加反向偏压时,内建电场增大,仅存反向饱合电流(c)。1.结构点接触型二极管,面接触型二极管(肖特基二极管)。(如图7-2)2.工作原理图7-3金属-半导体结在外加电压作用下的情况
图7-2金属-半导体结二极管的管芯结构
(1)肖特基二极管与PU结二极管比较 伏安特性(如图7-4) 结电容串联电阻 击穿电压(2)肖特基二极管的等效电路与参数3.肖特基二极管特性图7-4金属-半导体结二极管与PN结二极管的伏安特性7.1.2微波混频器的工作原理微波混频器方框图(如图7-1)混频器原理图(如图7-7)混频器电流的主要频谱(如图7-8)混频器的等效电路(如图7-10)信号电路中频支路镜频支路图7-1混频器的原理框图图7-7二极管混频器原理图图7-8混频器电流的主要频谱图7-9加在混频二极管上的电压1.镜像匹配()时的净变频损耗。2.镜像短路()时的净变频损耗。3.镜像开路()时的净变频损耗。4.三种情况的净变频损耗比较(如图7-15)。7.1.3微波混频器的变频损耗图7-15最佳净变频损耗与本振电压的关系1.镜像短路或开路时混频器的噪声系数。2.镜像匹配混频器的噪声系数。3.混频器-中放组件的噪声系数。7.1.4混频器的噪声系数(1)单端混频器(如图7-19)作为重点,要求搞清楚本电路各部分作用。(2)平衡混频器等效电路(如图7-20)平衡电路对单端电路的改进:(a)输入信号和本振功率得到充分利用。(b)输入信号动态范围增加了一倍。(c)能抑制本振引入的调幅噪声。7.1.5微波混频器电路图7-19微带型单端混频器
图7-20本振反相型平衡混频器等效电路
1.基本电路(3)平衡混频器的电路 微带型(如图7-23,7-26) 正交场平衡混频器(如图7-24)(4)双平衡混频器 等效电路(如图7-27) 结构电路(如图7-30)图7-23反相型微带平衡混频器图7-24正交场平衡混频器结构图
图7-27双平衡混频器等效电路图7-26π/2型微带平衡混频器
图7-30微带型环形混频器结构示意图
(1)镜像短路混频器(如图7-31)(2)镜像开路混频器(如图7-32)2.镜像回收混频器图7-31镜像短路单端混频器图7-32镜像开路平衡混频器
(1)悬置微带混频器(如图7-33)(2)鳍线混频器(如图7-34)3.毫米波混频器图7-33交叉式悬置微带线平衡混频器结构
图7-34鳍线平衡混频器结构图
7.2微波变容二极管及微波上变频器结构:PN结的结构管芯结构(如图7-36)PN结势垒电容与偏压的关系:n=1/2突变结常用于参量放大器及低次倍频。n=1/3线性缓变结常用于高次变频。n=1/15-1/30阶跃恢复结常用于高次倍频及振荡器。n=0.5-6超突变结,常用于电调谐,n=2应用较多。7.2.1微波变容二极管图7-36变容二极管管芯结构图
(1)和频上变频器门雷-罗威关系为7.2.2非线性电容中的能量关系及其应用1.门雷-罗威关系(如图7-39)2.门雷-罗威关系的应用功率增益图7-39说明门雷-罗威关系式的电路模型
(3)反射型负阻参量放大器门雷-罗威关系为(2)差频变频门雷-罗威关系为1.变容管上变频的等效电路7.2.3变容管上变频器(1)滤波器式(如图7-42)(2)平衡式(如图7-43)2.功率上变频的微带结构电路(如图7-41)图7-41上变频器等效电路图7-42Ku波段滤波器式微带上变频器图7-4311GHz平衡式上变频器
7.3微波体效应二极管及负阻振荡器7.3.1体效应二极管多能谷结构(如图7-44)负微分迁移率(如图7-45)1.砷化镓的多能谷结构与负微分迁移率图7-44GaAs的多能谷结构图
(300K时)图7-45GaAs晶体的速度-电场特性2.微波振荡的产生过程(1)畴理论高场畴的规律畴的生成畴的生长畴的成熟畴的消失(2)偶极畴振荡的电流波形(如图7-48)图7-48偶极畴振荡的电流波形(1)动态伏安特性(如图7-49)(2)工作模式1)偶极畴渡越时间模式2)偶极畴延迟模式3)偶极畴猝灭模式3.体效应二极管的动态伏安特性及工作模式图7-49体效应二极管的动态伏安特性图7-53体效应管等效电路
4.体效应管待效电路(如图7-53)1.振幅平衡条件,相位平衡条件2.负阻振荡器电路(如图7-56)YIG调谐振荡器(如图7-59)7.3.2微波二极管负阻振荡器电路图7-56半波长谐振器调谐的体效应管微带振荡器
图7-59YIG调谐振荡器
7.4PIN管及微波控制电路
(1)直流电压作用下的特性(如图7-61) A)PIN管上无偏压时。 B)PIN管上加反向偏压时。 C)PIN管加正向偏压时。(2)微波信号电压作用下的阻抗特性。(如图7-63)(3)直流偏压加微波信号下呈现的阻抗特性。7.4.1PIN二极管的基本特性1.PIN管的结构2.不同偏置下PIN管的阻抗特性(如图7-60)图7-61PIN管杂质和空间电荷分布图
图7-63波信号作用于PIN管
(1)PIN管管芯的两种结构形式 等效电路(如图7-66) 台式结构和平面结构(如图7-64)(2)PIN管的封装结构(如图7-65) 封装PIN管的等效电路(如图7-67)3.PIN管的等效电路图7-64PIN管的管芯结构
图7-65PIN管的封装结构
图7-66实际PIN管的正反偏等效电路
图7-67封装PIN管的等效电路
7.4.2PIN管微波开并电路(1)电路:(如图7-68)(2)性能分析(3)改善开关性能电路1)阵列式开关(如图7-70)2)滤波器型开关(如图7-71)1.单刀单掷开关图7-68单刀单掷开关
图7-70阵列式开关
图7-71低通滤波器型PIN管开关
(1)并联型单刀多掷开关原理图(如图7-72,图7-73)微波(微带)电路图(如图7-74)(2)串联型单刀多掷开关原理图(如图7-75,图7-76)2.单刀多掷开关图7-72并联型单刀双掷开关图7-73刀双掷开关用一个偏压源控制的并联型图7-76单刀N掷开关原理图图7-74微带并联型单刀双掷开关电原理图
图7-75串联型单刀双掷开关
(1)环行器单管电调衰减器(如图7-78)(2)3dB定向耦合器型电调衰减器(如图7-79)(3)吸收型阵列式衰减器(如图7-80)7.4.3PIN管电调衰减器1.PIN管正向电阻随偏流变化特性(如图7-77)2.PIN管电调衰减器电路图7-78环行器单管电调衰减示意图图7-793dB定向耦合器型电调衰减器
图7-80渐变元件阵列式衰减器
(1)开关线型移相器(如图7-83)(2)加载线型移相器(如图7-84)1)加载线型移相器分析2)加载线型移相器举例:90度移相器(如图7-85)(3)定向耦合器型移相器
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