微波技術(shù)第六章

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄第第6 6章章 微波有源器件與電路微波有源器件與電路l 6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性l6.1.2 小信號(hào)微波晶體管放大器的設(shè)計(jì)l6.1 微波晶體管放大器l6.2 微波混頻器l6.3 微波振蕩器上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.1 微波晶體管放大器微波晶體管放大器 雙極晶體管BJT 場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET微波晶體管放大器的微波晶體管從結(jié)構(gòu)與機(jī)理上可分微波晶體管放大器的微波晶體管從結(jié)構(gòu)與機(jī)理上可分為兩大類為兩大類:具有很好的具有很好的高頻特性，高頻特性，工作頻率范工作頻率范圍為圍為240GHz，其，其特點(diǎn)是相位特點(diǎn)是相位噪聲低，適噪聲低，適于作微波振于作微波振蕩器蕩

2、器工作頻率范工作頻率范圍為圍為220GHz，一，一般用作小信般用作小信號(hào)放大器和號(hào)放大器和功率放大器。功率放大器。PNP或NPN型只有一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄微波晶體管放大器的優(yōu)點(diǎn)：工作頻率寬、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、重量輕、省電，而且隨頻率的升高尺寸變小、阻抗變低、更便于和微帶電路連接。 微波晶體管本身及其輸入、輸出端的外接電路為了降低噪聲系數(shù)，可采取以下措施：1、盡可能選用基極電阻小、特征頻率高、放大系數(shù)大的晶體管；2、放大器輸入端的匹配網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能使信號(hào)源處于最佳噪聲匹配狀態(tài)，此時(shí)放大器的噪聲系數(shù)為晶體管的最小噪聲系數(shù)；3、在多級(jí)放大中，前置放大器應(yīng)按最小噪聲系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而后

3、面的主放大器則按最大功率增益進(jìn)行設(shè)計(jì)。6.1 微波晶體管放大器微波晶體管放大器上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)微波晶體管放大器時(shí)，必須首先保證它能穩(wěn)定工作而不產(chǎn)生自激振蕩。 指負(fù)載阻抗和源阻抗可以任意選擇，放大器都穩(wěn)定工作。絕對(duì)穩(wěn)定 指只有在負(fù)載 源阻抗?jié)M足一定條件時(shí)放大器才穩(wěn)定工作。潛在不穩(wěn)定無(wú)條件穩(wěn)定有條件穩(wěn)定上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性10110101011jXZRjXZRZZZZ20220202022jXZRjXZRZZZZ21201212011)()(XZRXZR22202222022

4、)()(XZRXZRZsEs1iU2iU放大器件1rU2rU12LZ1122上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性若網(wǎng)絡(luò)是無(wú)條件穩(wěn)定的，即R10和R20 則必須有|1|1 和|2|1 或|2|1 ,則網(wǎng)絡(luò)是不穩(wěn)定的。1112和 是放大器穩(wěn)定與不穩(wěn)定的分界線結(jié)論： |1|1為有條件穩(wěn)定的；因此， |11,該圓稱為輸入端口的穩(wěn)定判別圓，記作S2上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性(a)(c)(e)表示S2圓外為穩(wěn)定區(qū);(b)(d)(f)表示S2圓內(nèi)為穩(wěn)定區(qū);(a)(b)表示無(wú)條件穩(wěn)定;(c)(d)(e)(f)表示有條

5、件穩(wěn)定若判別圓S2包含L復(fù)平面上的原點(diǎn)，則S2圓內(nèi)區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定區(qū)域，圓外為不穩(wěn)定區(qū)域，反之判別圓S2不包含復(fù)平面山的原點(diǎn)，則S2圓外區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定區(qū)域，圓內(nèi)為不穩(wěn)定區(qū)域。上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.1.1 微波晶體管放大器的穩(wěn)定性微波晶體管放大器的穩(wěn)定性穩(wěn)定性判別圓S2圓心坐標(biāo)和圓半徑的關(guān)系為:222222211221rSS指 單位圓內(nèi)存在不穩(wěn)定區(qū),只有避開不穩(wěn)定區(qū)域，放大器才能正常工作。1L1s放大器的充分必要條件為11121122222112211KSSSSSS2112222221121SSSSK22111221S SS S 數(shù)系定穩(wěn)上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.1.2 小信號(hào)微波晶體管放大器設(shè)計(jì)小信號(hào)微波晶

6、體管放大器設(shè)計(jì)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)微波晶體管輸出匹配網(wǎng)絡(luò)微波晶體管放大器方框圖設(shè)計(jì)步驟（1）確定電路形式（2）選晶體管（3）工作狀態(tài)的選擇（4）判別晶體管的穩(wěn)定性（5）設(shè)計(jì)輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。 圖解法圖解法 利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小信號(hào)微波晶體管放大器的技術(shù)指標(biāo)：工作頻率與頻帶寬度、功率增益、噪聲系數(shù)、線性輸出功率 輸入和輸出電壓駐波比、穩(wěn)定性上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.1.2 小信號(hào)微波晶體管放大器設(shè)計(jì)小信號(hào)微波晶體管放大器設(shè)計(jì)在微波晶體管設(shè)計(jì)中， 的設(shè)計(jì)方法稱為。012S采用輸入和輸出端共軛匹配，以獲得最大增益的設(shè)計(jì)方法叫。當(dāng)輸入和輸出端都是共軛匹配時(shí)，單向轉(zhuǎn)換功率增益最大，即)1)(1

7、(222211221max2max10SSSGGGGTu單向化設(shè)計(jì)法如例單向化設(shè)計(jì)法如例6.1所示所示 根據(jù)微波晶體管S12的大小和穩(wěn)定性來(lái)區(qū)分放大器的設(shè)計(jì)方法，則有單向化設(shè)計(jì)、非單向雙共軛匹配設(shè)計(jì)和潛在不穩(wěn)定條件下的設(shè)計(jì)。 輸入、輸出端都接阻抗Z0時(shí)的正向轉(zhuǎn)換功率增益 由晶體管輸入端與源之間的匹配決定的附加增益 由晶體管輸出端與負(fù)載之間的匹配決定的附加增益 上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄選 擇 晶 體 管 及 電 路 形 式測(cè) 量 晶 體 管 的 S參 數(shù)判 斷 晶 體 管 的 穩(wěn) 定 性不 能 忽 略 S12的 影 響忽 略 S12的 影 響制 作 晶 體 管 放 大器 并 進(jìn) 一 步 調(diào) 試按 對(duì)

8、放 大 器 提 出 指 標(biāo) 要求 設(shè) 計(jì) 輸 入 輸 出 網(wǎng) 絡(luò)是 絕 對(duì) 穩(wěn) 定 的 嗎 ？（ k 1?)判 斷 能 否 單 向 化 ？是 絕 對(duì) 穩(wěn) 定 的 嗎？ （ k1?)結(jié) 束作 穩(wěn) 定 判 別 圓 ， 檢查 s、 l的 選 擇 是否 滿 足 放 大 器 的 穩(wěn)定 性滿 足 穩(wěn) 定 ？需 要 重 新 選 擇 晶 體管 及 測(cè) 量 S參 數(shù) 嗎 ？NNYYYYYNNN開 始單向化設(shè)計(jì)流程圖上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.2 微波混頻器微波混頻器經(jīng)過(guò)頻率轉(zhuǎn)換微波信號(hào)中頻放大后,再轉(zhuǎn)換中頻信號(hào)由天線發(fā)射到下一站微波信號(hào)轉(zhuǎn)換頻率的部件叫做上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.2 微波混頻器微波混頻器微波混頻器的混頻原

9、理(肖特基勢(shì)壘二極管混頻)二極管的電壓-電流特性為tnUgtUgtUUfisnLsnssLL)cos(cos)cos(100tnUgsnLsn)cos(1), 3 , 2 , 1(n混頻器電流的部分頻譜分布LSifSLif或中頻鏡頻SLK 2凈變頻損耗寄生頻率上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.2 微波混頻器微波混頻器混頻器的主要特性 凈變頻損耗、寄生參量損耗、混頻器中其他電路元件的損耗。 凈變頻損耗為主要的損耗變頻損耗 在標(biāo)準(zhǔn)溫度下，輸入端信噪比與輸出端信噪比之商混頻器噪聲系數(shù) 一般要求信號(hào)端口輸入駐波比要更小一些 信號(hào)與本振端口之間的隔離度定義為輸入微波信號(hào)功率和泄漏到本振端的信號(hào)功率之比.混頻器的其他特性)/(/sifmififssmNNLNPNPFifsmPPL上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄微波二極管振蕩器 轉(zhuǎn)移電子體效應(yīng)二極管振蕩器及雪崩二極管振蕩器 振蕩機(jī)理都是二極管的負(fù)阻特性微波晶體三極管振蕩 雙極晶體三極管振蕩器 場(chǎng)效應(yīng)三極管振蕩器 異質(zhì)結(jié)雙極晶體三極管振蕩器電真空器件構(gòu)成 電真空器件常用于雷達(dá)、電子加速器等領(lǐng)域 將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為電磁場(chǎng)的微波能量。體效應(yīng)二極管和雪崩二極管振蕩器均屬于像微波晶體管必須將反饋電路聯(lián)系在一起時(shí)，才具有負(fù)阻特性，由它構(gòu)成的振蕩器稱為反饋型振蕩器。 上一頁(yè)下一頁(yè)回目錄6.3 微波振蕩器微