微波半导体二极管负阻器.ppt

1,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,2,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,3,一、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。,4,5,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,6,7,三、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：,8,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。,9,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：,10,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。,11,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。,12,Yd(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。,13,外电路几种调谐状态,14,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。,15,频率跳变伴随有功率跳变,16,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,17,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,18,并联调谐,等效电路,变容管调谐,串联调谐,等效电路,YIG调谐负载振荡器,23,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=10-310-4/0C,稳定时 R-Rd=0 X+Xd=0,24,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：,25,1.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.锁相环6.外腔稳频,频率相对变化：,R不变情况下提高频率稳定度措施：,26,外腔稳频振荡器,一、直接耦合式,等效电路,结构,Q0Q1,27,二、频带反射式,