微波固態(tài)電路習題3

微波固態(tài)電路習題三P245頁

1.綜述影響振蕩器性能的主要因素及其改善措施。主要有頻率準確度，頻率準確度、頻率穩(wěn)定度和相位噪聲。(1)、減少外部變化因素：偏置電源的不穩(wěn)定。

(a)偏置電源的不穩(wěn)定。

(b)環(huán)境溫度的變化。

(c)負載阻抗由于環(huán)境溫度的變化或者工作參數(shù)的改變而引起的改變也會引起振蕩頻率的變化;(d)機械振動或沖擊也可能引起振蕩頻率的變化，這對于機載雷達系統(tǒng)更是如此。(2)、減少電路參數(shù)誰外界因素的變化。(3)、提高腔體Q值。

(a)、最大化無載Q值。

(b)、最大化存儲在諧振回路中的能量，并減小能量的損耗。這可以通過提高加在諧振回路兩端的射頻電壓，以及降低L/C的比率。

(4)、外部穩(wěn)頻法。(5)、注入鎖定法。(6)、環(huán)路鎖相法。(7)、無論如何要避免有源器件進入飽和狀態(tài)。這要調節(jié)有源器件的偏置，或采用不降低Q值的增益自動控制系統(tǒng)來完成。(8)、選擇使用的有源器件，要噪聲系數(shù)F小的，閃爍頻率fc低的。(9)、選擇高輸入阻抗的有源器件，比如FET。高的信噪比使信號電壓大大高于噪聲電壓，從而減小相位的抖動。

(10)、諧振能量應最大限度地包含在諧振回路中，而不是電路的其它地方。3、有一個IMPATT二極管振蕩器，P0=500mW，工作頻率f0=12GHz，振蕩器回路有載品質因數(shù)QL=200，在-30°C～-70°C范圍內(nèi)，頻漂4MHz。（1）、求在振蕩器鎖定范圍內(nèi)，最小注入鎖定功率Pi

（2）、是否增大Pi，就可以得到任意大的鎖定范圍？為什么。P230假定器件線為水平線，有：注入功率為：注入鎖相一般采用注入功率Pi的辦法來增大鎖定范圍，但是也是有一定限度的，當Pi太大而不符合小注入條件時，平衡條件的一階近似就不成立，因此注入鎖定法能實現(xiàn)的鎖定范圍是有限的。4.說明振蕩器調諧和穩(wěn)頻的方法，并比較他們的優(yōu)缺點。

常用的振蕩器調諧穩(wěn)頻方法主要有：外腔穩(wěn)頻法、注入鎖定法和鎖相環(huán)穩(wěn)頻法等。外腔穩(wěn)頻法又分為：反射式外腔穩(wěn)頻法；頻帶反射式外腔穩(wěn)頻法和帶組式外腔穩(wěn)頻法反射式外腔穩(wěn)頻法的振蕩頻率可能大于主諧振腔自諧振頻率，也可能小于自諧振頻率，其優(yōu)點是結構簡單，也易于用此方案改裝原有的主諧振腔，因此應用較多。頻帶反射式外腔穩(wěn)頻法的調諧范圍窄，其優(yōu)點是只要穩(wěn)頻腔諧振在單一模式，則振蕩器必定是單模工作。這種諧振器由于具有單調諧特性、性能優(yōu)良、使用方便等優(yōu)點，因此得到廣泛的應有。帶阻式外腔穩(wěn)頻法的調諧范圍窄，由于介質諧振器對輸出電路來說相當于起了帶組濾波器的作用，因而負載功率較小，其優(yōu)點在于其結構簡單。注入鎖定法具有穩(wěn)定度高、頻譜純、寄生雜波小及相位噪聲小等優(yōu)點，已被廣泛的應用于各種通信系統(tǒng)。5.設計一個６GHz的負阻振蕩器,選用負阻二極管在50歐姆的微帶傳輸線系統(tǒng)中的輸入反射系數(shù)為Γin=1.25<40°負阻二極管的歸一化輸入阻抗為：則：根據(jù)起振條件：選擇R小于36.25歐姆。串聯(lián)電容為：6.GaAsFET在8GHz時的S參數(shù)如下：

S11=0.980<163°,S12=0.395<-45°,S21=0.675<-161°,S22=0.465<120°,要求：用該FET設計一個振蕩器，畫出具體的電路圖并說明詳細過程。首先確定晶體管必需具有潛在的不穩(wěn)定性;這需要計算穩(wěn)定性系數(shù).K小于1，表明晶體管具有潛在的不穩(wěn)定性。書上P241頁例6.27.下面兩只晶體管中那一只可以用來制作一個2GHz的振蕩器？并詳細說明設計過程。兩只晶體在2GHz時的S參數(shù)如下：

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

晶體管B:S11=0.8<90°,S12=0,S21=4.0<65°,S22=2.0<180°首先確定晶體管必需具有潛在的不穩(wěn)定性;這需要計算穩(wěn)定性系數(shù).由于S12=0,因而K>1,根據(jù)絕對穩(wěn)定的充要條件:由于只有B管的輸出端口存在潛在的穩(wěn)定性，所以選擇B管做設計，為了增加不穩(wěn)定性，加入反饋電感0.1nH后的S參數(shù)為：此時的穩(wěn)定性系數(shù)為：為了實現(xiàn)振蕩，必須使振蕩器的源反射系數(shù)接近于晶體管S11參量的導數(shù)這里取在源端串接一個在2GHz時，容抗為-j55.53的電容。輸出端的反射系數(shù)為：輸出端的阻抗為：為了使得到滿足，必須選擇利用ADS可以很方便的將振蕩器的50歐姆輸出阻抗變換到ZL8.GaAsMESFET并聯(lián)反饋型振蕩器電路如圖所示。試問：

（1）、此電路屬于哪類型振蕩器電路？

（2）、振蕩器的工作原理是什么？

（3）、振蕩頻率主要由什么器件確定？并說明理由。

（4）、畫出其等效電路。

它是利用介質諧振器作選頻反饋網(wǎng)絡，以達到產(chǎn)生振蕩和穩(wěn)頻的雙重目的，其工作原理有些類似于具有反饋功能的晶體振蕩器。在設計并聯(lián)反饋型介質諧振器振蕩器時，為了獲得理想的穩(wěn)頻效果，必須采用單向性好的晶體管，亦即管子的S12應盡可能地小，希一望S12=0。否則，由于管子的內(nèi)反饋作用，將無法實現(xiàn)預期的穩(wěn)頻性能。正因如此，這種振蕩器電路中的晶體管目前常用微波場效應晶體管（FET）。而不用微波雙極晶體管。除此之外，為了能產(chǎn)生振蕩，并有足夠大的功率輸出，在工作頻率上的放大器功率增益K。必須大十介質諧振器反饋網(wǎng)絡的功率傳輸系數(shù)X的絕對值。該電路屬于介質諧振器穩(wěn)頻振蕩器。設放大器的輸入電容和輸出電容分別為Ci和C0，分別表示諧振器和輸入輸出傳輸線之間的耦合合系數(shù)，放大器的諧振頻率可以表示為。等效電路為：可以看出，振蕩器的頻率主要由介質諧振器的諧振頻率來決定。式中是未偶合的介質諧振器的諧振角頻率，Q0是其無載Q值，它們分別為：P2861、為什么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管在直流偏置電壓的作用下，零偏壓呈現(xiàn)高阻，反偏電壓時阻抗加大，正偏時呈現(xiàn)低阻，且偏流越大，Rj越低。在微波信號的作用下，管子的阻抗主要取決于直流偏置的大小，而與微波信號的幅度無關。PIN管的微波阻抗只取決于直流偏置的特性，它非常適合做微波控制器件。因此，可以利用小功率（直流）改變PIN管中的阻抗，以控制微波功率。負偏壓時對微波信號呈開路，而正偏電壓時對微波信號呈短路，則可構成微波開關或開關式移相器；PIN開關在正向小電流偏置情況下，如果連續(xù)調節(jié)直流電流，Rf值連續(xù)改變，從而可構成微波電控衰減器。2、對于封裝后的PIN管，若引線電感Ls=0.5nH，管殼電容Cp=0.3pF，在反偏下管芯電容Cj=0.5pF，串聯(lián)電阻為Rr=1歐姆，正偏之下串聯(lián)電阻為Rf=1.5歐姆；如用此管子工作頻率在6GHz的單管并聯(lián)式開關，調整其狀態(tài)為反向模，傳輸線阻抗特性為50歐姆，試求開關的隔離度和插入損耗。對并聯(lián)諧振，正偏時的導納為：將YD帶入L并可求得PING開關的隔離度代公式P252頁對并聯(lián)諧振，反偏時的阻抗為：將YD帶入L并可求得PING開關的插入損耗。對串聯(lián)諧振，正偏時的阻抗為：3、已知某PIN管的正偏電阻Rf=0.4歐姆，反偏電容為Cj=0.15pF,傳輸線的特征阻抗為50歐姆，（1）、若將該