微波电子线路(3)

word微波电子线路课程作业3学 生 * 年 级 2010级班 级 021014 班学 号 021012* 专 业 电子信息工程学 院 电子工程学院电子科技大学2013年6月 微波振荡器一、 微波二极管负阻振荡器电路把负阻器件与波导，同轴线谐振腔，微带等电路组合在一起，并加上适宜的偏压，可以构成各种类型的振荡器，均可以画成如左边的的等效电路。1. 负阻振荡器的三个条件利用上面的电路模型，可以容易的证明：1) 起振条件：器件在小信号下较大2) 平衡条件：为振幅平衡条件，决定震荡幅度即功率大小；为相位平衡条件，决定振荡频率，这两个条件合起来可写成。3) 稳定条件：，分别为器件、阻抗线与水平线地夹角。2. 几种典型的实际电路与相应的等效电路1) 同轴腔振荡器2) 微带负阻振荡器3) 波导负阻振荡器3. 负阻振荡器的调谐1) 电调谐：改变偏置可微调频率；给外电路加变容管或YIG可以快速电调。2) 机械调谐：用活塞调短路开路线的长度，可通过改变等效参数实现大围调谐。4. 负阻振荡器的频率稳定1) 引起频率不稳定的原因：机械冲击振动，温度变化，电源波动，路与器件参数变化2) 实现温频的方法减振，恒温，稳压稳流，注入锁定，锁相，谐振腔温频其中减振，恒温简单却作用有限；锁相，谐振腔温频效果好却电路复杂5. 腔稳振荡器把一个高Q谐振腔以某种形式与振荡电路耦合可实现稳频原理。负阻振荡器是一个有负载的谐振系统，其电抗斜率负载与Q值的关系为：QL高，同样的XL变化引起了较小的变化。二、 功率合成技术简介把假如干个负阻器件产生的微波功率合成输出，谓之功率合成技术。主要指标为单元个数，多少个负阻器件参与工作，输出功率和合成效率。1. 谐振腔式功率合成器是多个负阻器件和微波谐振腔耦合。工作于谐振腔某一模式的谐振频率。所用的谐振腔有矩形波导腔，圆拄谐振腔，开式谐振腔等器件数可多达数十个功率可以达原来的，频率可以达到毫米波段。这类合成器的主要优点是，路径损耗小，频率高，一般都在80%100%，频率上限高，可达300GHz，尺寸紧凑，管子隔离好；但频带窄，调谐也困难。频率越高器件数越受限制。2. 桥式功率合成器以各种微波电桥作为合成电路装置，将器件功率叠加在一起输出，该类合成器效率不如腔式高。主要优点是频带很宽。3. 芯片合成把管子集成在单片上使其功率叠加。 4. 多级功率合成器将腔式或者是桥式合成器作为单元再进展合成，这样可以多级合成，将庞大数目的管子叠加，使其功率达到数百上千瓦级。5. 空间功率合成器使单元功率按照一定的相位和方向辐射在空间以某种方式叠加。 PIN管微波控制电路一、 PIN管微波开关PIN管在正反向偏置下的不同阻抗特性可用来控制电路的通断，组成开关电路。PIN管开关电路按功能分为两种：一种是通断开关，如蛋刀单掷开关，作用只是简单的控制传输系统中微波信号的通断；另一种是转换开关，如单刀双掷、单刀多掷开关，作用是使信号在两个或多个传输系统中转换。假如按PIN管与传输线的连接方式，可分为串联型、并联型一级串/并联型三种；从开关结构形式出发，可分为反射式开关、谐振式开关、滤波器型开关、阵列式开关等。1. 单刀单掷开关1) 开关的正反衰减比a串联型原理图；b串联型等效电路；c并联型原理图；d并联型等效电路上图为单管串联型和并联型开关的原理图与其微波等效电路图。图中分别为PIN管的等效阻抗和等效导纳，分别为传输线的特性阻抗和特性导纳，a、b分别为网络的归一化入射波和反射波。设开关输入端信号源的资用功率为，输出端负载吸收功率为。如此定义开关的衰减L为假如开关网络用散射S参量来表征，且假设开关插入在匹配信号源和匹配负载之间，如此上式化为2) 根本原理如果PIN管正、反偏时分别为理想短路和开路，如此对上图a的串联型开关来说，PIN管理想短路时，开关电路理想导通；PIN管理想开路时，开关理想断开。对c图的并联型开关来说，情况相反，PIN管短路，对应开关断开；PIN管开路，对应开关导通。由于封装参数的影响，对于单管开关无论是串联型还是并联型，都只能在固定的某几个较窄的频率区间有开关作用，而实际的工作频率常常不在这些区域。为了扩展开关的工作模区，改善开关性能，有的直接把管芯做在微波集成电路上；也有采用改良的开关电路，其中常用的有谐振式开关、阵列式开关和滤波器型开关。2. 单刀双掷开关最普通但又最常用的单刀多掷开关是单刀双掷开关，它把信号来回换接到两个不同的设备上，形成交替工作的两条微波通路。其典型的例子是雷达天线收发开关，发射机和接收机共用一个天线，用一个单刀双掷开关来控制。右图表示一并联型单刀双掷开关的原理图。管截止，或反之。并借助1/4波长线的阻抗变换作用，使输入信号全部从B或A中的一个端口输出，此端口为导通通道，同时另一端口为断开通道。但是该单刀双掷开关需要两个偏压源，为节省偏压源，实际中常采用一个偏压源控制并联型单刀双掷开关电路如左图，在此电路中，接在并联的枝节上。当都处于反偏时，B路接通；当都处于正偏时，A路接通。因此可共用一个偏压源。二、 PIN管电调衰减器和限幅器用电信号控制衰减量的衰减器称为电调衰减器。利用PIN管正向电阻随偏置电流连续变化的特性，可以做成各种类型的电调衰减器。电调衰减器可用于振幅调制和稳幅系统。1. 环行器单管点调衰减器此电调衰减器的衰减由偏置电流来控制。偏置电流经过直流偏置电路加到二极管上。环行器的作用是使得输入电路能得到较好的匹配。这种单管电调衰减器的衰减量为式中：2. 3dB定向耦合器型电调衰减器如下图为微带型3dB定向耦合器型电调衰减器的结构示意图和等效电路图。当，端输出的功率为0，由此便构成电调衰减器。这种衰减器由于有1/4波长线段，因而只能工作在窄频带。设两只PIN管的特性一样。、端的反射系数为衰减器衰减量为：式中：3. 吸收阵列式衰减器为了使系统频带展宽、衰减量的动态围增大与能承受较大的功率，可采用多个并接在传输线上的PIN管，管间相互间隔为1/4波长的阵列衰减器。加正向偏置的PIN管等效为正向电阻，随着管子正向偏电流的改变，各电阻阻值发生变化，故为一个电调衰减器。工程常采用多节级联。由于输入驻波比主要取决于前面几个单节，因此在实际应用中，一般仅把三个管子的正向电阻形成渐变分布，而后面的管子如此按等元件阵排列。4. PIN管限幅器电调衰减器是利用外加偏置电流来控制其衰减量的，所以有时称之为控衰减器。某些情况下，要求微波信号通过控制电流时能自动控制电路的衰减。利用PIN管在零偏加微波信号时的阻抗特性，可实现此目的。因此零偏PIN管常作为雷达接收机高放、混频前的限幅器。当微波信号超过某一电平时，由于PIN管阻抗显著变小而使通过PIN管的衰减量显著增大，从而限制输出功率在一定电平以下。三、 PIN管数字移相器调相器1. 开关线性移相器利用PIN管的单刀双掷开关，使微波信号从两条电长度不同的传输线通过后，可以得到两种不同的相移量，根据这个原理做成的移相器成为开关线型移相器。实际上它是一段可开关的传输线。2. 加载线性移相器加载线型移相器通常作为数字式移相器的小移相、45移相位。假如要用于较大的移相位时，例如作90移相器，如此可以用两个45移相器级联起来。为缩小体积，常把两个中间的并联传输线合并为一，成为三个分支加载线型移相器。对于180移相位，一般不采用加载线型移相器，而采用定向耦合器型移相器。3. 定向耦合器型移相器定向耦合器型移相器有时又称反射型移相器。其原始形式为一环行器。信号从环行器1端输入，至2端经PIN管反射后到3端输出。控制PIN管的电抗，就能改变输出信号对输入信号之间的相移，但由于环行器价格昂贵，体积、重量大，且环行器的隔离度不良将造成相位误差，因而目前常采用3dB定向耦合器型移相器。4. 四位数字移相器数字移相器是由假如干单元移相器级联组成的，每个单元移相器构成数字移相器的一个位。目前应用最多的是由四个单元移相器组成的四位数字移相器。8 / 8