微波技术第六章课件

微波技术微波技术内蒙古工业大学信息学院微波技术内蒙古工业大学信息学院上一页下一页回目录第第6 6章章 微波有源器件与微波有源器件与电路路l 6.1.1 微波晶体管放大器的稳定性l6.1.2 小信号微波晶体管放大器的设计l6.1 微波晶体管放大器l6.2 微波混频器l6.3 微波振荡器第6章 微波有源器件与电路6.1 微波晶体管放大器上一页下一页回目录6.1 微波晶体管放大器微波晶体管放大器双极晶体管BJT场效应晶体管FET微波晶体管放大器的微波晶体管从结构与机理上可分为微波晶体管放大器的微波晶体管从结构与机理上可分为两大类两大类:具有很好的具有很好的高频特性，高频特性，工作频率范工作频率范围为围为240GHz，其，其特点是相位特点是相位噪声低，适噪声低，适于作微波振于作微波振荡器荡器工作频率范工作频率范围为围为220GHz，一，一般用作小信般用作小信号放大器和号放大器和功率放大器。功率放大器。PNP或NPN型只有一种导电结构6.1 微波晶体管放大器BJT双极晶体管FET场效应晶体管微上一页下一页回目录微波晶体管放大器的优点：工作频率宽、噪声低、动态范围大、体积小、重量轻、省电，而且随频率的升高尺寸变小、阻抗变低、更便于和微带电路连接。微波晶体管本身及其输入、输出端的外接电路为了降低噪声系数，可采取以下措施：1、尽可能选用基极电阻小、特征频率高、放大系数大的晶体管；2、放大器输入端的匹配网络应尽可能使信号源处于最佳噪声匹配状态，此时放大器的噪声系数为晶体管的最小噪声系数；3、在多级放大中，前置放大器应按最小噪声系数进行设计，而后面的主放大器则按最大功率增益进行设计。6.1 微波晶体管放大器微波晶体管放大器微波晶体管放大器的优点：微波晶体管本身及其输入、输出端上一页下一页回目录6.1.1 微波晶体管放大器的微波晶体管放大器的稳定性定性设计微波晶体管放大器时，必须首先保证它能稳定工作而不产生自激振荡。放大器的稳定性主要取决于晶体管的本身参数、源阻抗及负放大器的稳定性主要取决于晶体管的本身参数、源阻抗及负放大器的稳定性主要取决于晶体管的本身参数、源阻抗及负放大器的稳定性主要取决于晶体管的本身参数、源阻抗及负载阻抗的性质和大小。载阻抗的性质和大小。载阻抗的性质和大小。载阻抗的性质和大小。指负载阻抗和源阻抗可以任意选择，放大器都稳定工作。绝对稳定指只有在负载 源阻抗满足一定条件时放大器才稳定工作。潜在不稳定如何判断用它作放大器是否无条件稳定如何判断用它作放大器是否无条件稳定如何判断用它作放大器是否无条件稳定如何判断用它作放大器是否无条件稳定?无条件稳定有条件稳定6.1.1 微波晶体管放大器的稳定性设计微波晶体管放大器时，上一页下一页回目录6.1.1 微波晶体管放大器的微波晶体管放大器的稳定性定性稳定性判别圆稳定性判别圆稳定性判别圆稳定性判别圆S S2 2ZsEs放大器件11226.1.1 微波晶体管放大器的稳定性稳定性判别圆S2ZsEs上一页下一页回目录6.1.1 微波晶体管放大器的稳定性微波晶体管放大器的稳定性若网络是无条件稳定的，即R10和R20 则必须有|1|1 和|2|1 或|2|1,则网络是不稳定的。和 是放大器稳定与不稳定的分界线结论：|1|1为有条件稳定的；因此，|11,该圆称为输入端口的稳定判别圆，记作S26.1.1 微波晶体管放大器的稳定性若网络是无条件稳定的，即上一页下一页回目录6.1.1 微波晶体管放大器的微波晶体管放大器的稳定性定性(a)(c)(e)表示S2圆外为稳定区;(b)(d)(f)表示S2圆内为稳定区;(a)(b)表示无条件稳定;(c)(d)(e)(f)表示有条件稳定若判别圆S2包含L复平面上的原点，则S2圆内区域为稳定区域，圆外为不稳定区域，反之判别圆S2不包含复平面山的原点，则S2圆外区域为稳定区域，圆内为不稳定区域。6.1.1 微波晶体管放大器的稳定性(a)(c)(e)表示S上一页下一页回目录6.1.1 微波晶体管放大器的微波晶体管放大器的稳定性定性稳定性判别圆S2圆心坐标和圆半径的关系为:有条件稳定有条件稳定有条件稳定有条件稳定指 单位圆内存在不稳定区,只有避开不稳定区域，放大器才能正常工作。放大器绝对稳定绝对稳定绝对稳定绝对稳定的充分必要条件为数系定稳6.1.1 微波晶体管放大器的稳定性稳定性判别圆S2圆心坐标上一页下一页回目录6.1.2 小信号微波晶体管放大器小信号微波晶体管放大器设计输入匹配网络微波晶体管输出匹配网络微波晶体管放大器方框图设计步骤（1）确定电路形式（2）选晶体管（3）工作状态的选择（4）判别晶体管的稳定性（5）设计输入和输出匹配网络。图解法图解法 利用计算机辅助设计利用计算机辅助设计小信号微波晶体管放大器的技术指标：工作频率与频带宽度、功率增益、噪声系数、线性输出功率 输入和输出电压驻波比、稳定性6.1.2 小信号微波晶体管放大器设计输入匹配网络微波晶体管上一页下一页回目录6.1.2 小信号微波晶体管放大器小信号微波晶体管放大器设计在微波晶体管设计中，的设计方法称为单向化设计单向化设计单向化设计单向化设计。采用输入和输出端共轭匹配，以获得最大增益的设计方法叫最大增益设计法最大增益设计法最大增益设计法最大增益设计法。当输入和输出端都是共轭匹配时，单向转换功率增益最大，即单向化设计法如例单向化设计法如例6.1所示所示 根据微波晶体管S12的大小和稳定性来区分放大器的设计方法，则有单向化设计、非单向双共轭匹配设计和潜在不稳定条件下的设计。输入、输出端都接阻抗Z0时的正向转换功率增益 由晶体管输入端与源之间的匹配决定的附加增益 由晶体管输出端与负载之间的匹配决定的附加增益 6.1.2 小信号微波晶体管放大器设计在微波晶体管设计中，上一页下一页回目录单向化设计流程图单向化设计流程图上一页下一页回目录6.2 微波混微波混频器器微波信号经过频率转换中频信号中频放大后,再转换微波信号由天线发射到下一站转换频率的部件叫做微波混频器微波混频器微波混频器微波混频器微波中继通信微波中继通信微波中继通信微波中继通信6.2 微波混频器微波信号经过频率转换中频信号中频放大后,再上一页下一页回目录6.2 微波混微波混频器器微波混频器的混频原理(肖特基势垒二极管混频)二极管的电压-电流特性为混频器电流的部分频谱分布中频镜频净变频损耗寄生频率6.2 微波混频器微波混频器的混频原理(肖特基势垒二极管混频上一页下一页回目录6.2 微波混微波混频器器混频器的主要特性净变频损耗、寄生参量损耗、混频器中其他电路元件的损耗。净变频损耗为主要的损耗在标准温度下，输入端信噪比与输出端信噪比之商变频损耗一般要求信号端口输入驻波比要更小一些信号与本振端口之间的隔离度定义为输入微波信号功率和泄漏到本振端的信号功率之比.混频器噪声系数混频器的其他特性6.2 微波混频器混频器的主要特性变频损耗净变频损耗、寄生参上一页下一页回目录微波二极管振荡器转移电子体效应二极管振荡器及雪崩二极管振荡器振荡机理都是二极管的负阻特性微波晶体三极管振荡双极晶体三极管振荡器场效应三极管振荡器异质结双极晶体三极管振荡器电真空器件构成电真空器件常用于雷达、电子加速器等领域将直流电源的能量转换为电磁场的微波能量。体效应二极管和雪崩二极管振荡器均属于负阻振荡器负阻振荡器负阻振荡器负阻振荡器像微波晶体管必须将反馈电路联系在一起时，才具有负阻特性，由它构成的振荡器称为反馈型振荡器。微波二极管振荡器转移电子体效应二极管振荡器及雪崩二极管振荡器上一页下一页回目录6.3 微波振微波振荡器器负阻型振荡器的工作原理包含负阻器件串联振荡电路的起振条件包含负阻器件的并联振荡电路的起振条件6.3 微波振荡器负阻型振荡器的工作原理包含负阻器件串联振荡上一页下一页回目录6.3 微波振微波振荡器器确定负阻振荡器工作点的方法称为图解法图解法图解法图解法。由振荡器稳定判别条件可证明，在稳定工作点处P1、P2两点都是稳定工作点，而P3为不稳定工作点。6.3 微波振荡器确定负阻振荡器工作点的方法称为图解法。由振