9微波半导体二极管负阻器件讲解课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,I,0,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,Z,d,变化，负阻,R,d,值下降。当器件负阻,R,d,(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,Z,d,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(,)R,d,(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,Z,d,(I) -,器件阻抗线,Z(,)-,Z,d,(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：,P,1,和,P,2,由,Y,d,顺时针转向,Y(,),的夹角,180,时是稳定点。,P,1,稳定，,P,2,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,Y,d,(V),和,Y(,),的交点可能有,3,个， 其中,P,1,和,P,2,是稳定的,如果调谐由,m(,低频,),向高频调，将稳定在,P,1,；如果调谐由,n(,高频,),向低频调，将稳定在,P,2,。,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,P,1,、,P,2,和,P,3,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,f,a, f f,c,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,Z,W,。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,负阻振荡器的频率调谐,所谓频率调谐就是采取一定的措施改变振荡器的振荡频率。,调谐方式,机械调谐,通过改变谐振腔的尺寸来改变振荡频率,电调谐,偏置调谐,通过改变负阻器件的偏置来改变振荡器的振荡频率，体效应管采用偏压调谐，雪崩管采用偏流调谐，但是频率变化的同时输出功率也在发射变化，甚至出现停振,变容管调谐,YIG,调谐,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/,0,C,或,ppm/,0,C,一般为,M=10,-3,10,-4,/,0,C,稳定时,R-R,d,=0,X+X,d,=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,Q,0,Q,1,27,二、频带反射式,