9微波半導體二極管負阻器件講解

1、1微波半導體二極管振蕩器微波半導體二極管振蕩器l負阻振蕩器的一般理論l負阻振蕩器電路l振蕩器的頻率穩(wěn)定問題2l負阻振蕩起振與平衡負阻振蕩起振與平衡負阻振蕩器的一般理論負阻振蕩器的一般理論LZ)(Z偏置引入負阻器件調(diào)配器負載波導諧振腔短路活塞)(tvL)(tvd網(wǎng)絡LZ)(IZdi(t)(Z波導型負阻振蕩器結構：負阻器件，諧振腔，調(diào)配器(波導、微帶、鰭線)()()(jXRZ- 外電路阻抗(包括活塞腔，調(diào)配螺釘，外負載)()()(IjXIRIZddd- 負阻二極管阻抗，I是振蕩電流幅度3一、起振條件一、起振條件 剛起振時，振蕩處于“小信號”狀態(tài)，負載電流 I0 能振蕩條件能振蕩條件:若存在自由振蕩

2、，回路電流 i 滿足即要求負阻器件的小信號負阻的絕對值大于外電路的電阻。45隨振蕩增強，器件阻抗Zd變化，負阻Rd值下降。當器件負阻Rd(I)等于外電路正阻時，振蕩不再增強，達到穩(wěn)態(tài)平衡。二、平衡條件二、平衡條件67三、最佳負載 Zd的虛部變化相對小些，實部變化大些。隨著I的變化，實部下降。 用物理概念判斷輸出功率： * R()-負載阻抗很大，I 很小，獲得振蕩穩(wěn)定功率也很小。(勉強剛起振，不易給出功率)。 * R()Rd(I)0-負載接近短路，顯然獲得功率也小。 * 中間必有一個最佳負載值，可獲得最大輸出功率。RoutP3)0(doptRR)0(31dLRR 最佳負載：8 負阻振蕩器頻率取決

3、于外電路諧振頻率。具有一個外電路時，振蕩頻率是固定的。如果外電路有兩個相互耦合，就可能有兩個振蕩頻率。調(diào)節(jié)頻率過程中有時振蕩在某一個，有時振蕩在另一個。 振蕩特性用阻抗軌跡圖或導納軌跡圖。導納軌跡圖優(yōu)點是概括了全部導納點。l負阻振蕩器的調(diào)諧特性負阻振蕩器的調(diào)諧特性*阻抗(導納)軌跡圖是指從器件端口向外電路看去總的阻抗(導納)隨振蕩頻率而變化的曲線。阻抗(導納)軌跡圖因諧振回路情況而異，進行調(diào)諧時會變化。9RjXPZ()0r)(IZd00阻抗：)1()(CLjrZZ() - 垂直線，外電路阻抗線Zd(I) - 器件阻抗線Z()- Zd(I) =0，交點P 是振蕩頻率點。 單個諧振電路單個諧振電路

4、：)(IZdCrL10GjB2P1P)(Y)(VYdr1000)1(1)(CLjrY導納： 由=0 =0 =構成圓 交點有兩個：P1 和P2 由Yd 順時針轉向Y()的夾角 180時是穩(wěn)定點。P1穩(wěn)定，P2不穩(wěn)定 所謂穩(wěn)定是指出現(xiàn)小擾動時，頻率偏移，電路能牽引回來。11 波導腔是一個諧振電路，調(diào)配螺釘又等效于1個電路。兩個調(diào)諧電路兩個調(diào)諧電路CL)(VYdCLrY 逐點可畫出Y()的變化軌跡。LZ)(Z偏置引入負阻器件調(diào)配器負載波導諧振腔短路活塞12GjB2P1P)(Y)(VYdr103P0mnCjY1LjY Yd(V)和Y()的交點可能有3個， 其中P1 和P2 是穩(wěn)定的 如果調(diào)諧由m(低頻

5、)向高頻調(diào)，將穩(wěn)定在P1；如果調(diào)諧由n(高頻)向低頻調(diào)，將穩(wěn)定在P2 。 改變L、C或L、C任意一個調(diào)諧電路時，曲線導納軌跡圖上下移動，交點P1 、P2和P3也在變動，從而形成調(diào)諧曲線。)1(1 )1()(CLjrLCjY13GjB)(Y)(VYdr10dc(a)GjB)(Y)(VYddc(b)GjB)(Y)(VYdba(c)GjB)(Y)(VYd(d)外電路幾種調(diào)諧狀態(tài)外電路幾種調(diào)諧狀態(tài)14 實際振蕩器調(diào)諧曲線(兩個回路諧振頻率同時變化)fbadccdafcf工作區(qū)調(diào)諧方向 當調(diào)諧元件在某一范圍內(nèi)沿某方向調(diào)節(jié)和沿相反方向調(diào)節(jié)時，振蕩器的工作頻率沿不同曲線跳變，這種現(xiàn)象叫調(diào)諧的滯后特性。 在

6、fa f fc 范圍內(nèi)得不到穩(wěn)定振蕩。15Pbadc調(diào)諧方向 頻率跳變伴隨有功率跳變16 波導阻抗為高阻抗，Gunn與IMPATT輸出阻抗很低，故波導做成扁狀以降低其阻抗實現(xiàn)匹配。 波導腔損耗小，使波導腔振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定度和較好的噪聲性能。 18GHz以上廣泛使用。波導端塊g/4引入偏壓絕緣膜耿二極管耦合窗調(diào)諧螺釘功率輸出負阻振蕩器電路負阻振蕩器電路 波導腔振蕩器1717 徑向腔徑向腔( (實際使用時常用結構實際使用時常用結構) )采用圓盤形徑向腔。由腔四周向波導視去阻抗是采用圓盤形徑向腔。由腔四周向波導視去阻抗是Z ZW W。設計腔高設計腔高h h使盤半徑長度使盤半徑長度構成構成相當于

7、相當于 g g/4/4阻抗變換器，阻抗變換器，使之阻抗匹配。使之阻抗匹配。hd調(diào)諧活塞調(diào)諧帽負阻器件輸出偏置引入低通濾波器金屬桿WZ-R42gdSZdSZZZ2WSZZZ2 dZpL Gunn Gunn與與IMPATTIMPATT輸出阻抗很低，功率輸不出來：輸出阻抗很低，功率輸不出來： 90GHz 90GHz以上用徑向腔較多以上用徑向腔較多18負阻振蕩器的頻率調(diào)諧負阻振蕩器的頻率調(diào)諧所謂頻率調(diào)諧就是采取一定的措施改變振蕩器的振蕩頻率。所謂頻率調(diào)諧就是采取一定的措施改變振蕩器的振蕩頻率。調(diào)調(diào)諧諧方方式式機械調(diào)諧機械調(diào)諧通過改變諧振腔的尺寸來改變振蕩頻率通過改變諧振腔的尺寸來改變振蕩頻率電電調(diào)調(diào)諧

8、諧偏置調(diào)諧偏置調(diào)諧通過改變負阻器件的偏置來改通過改變負阻器件的偏置來改變振蕩器的振蕩頻率，體效應變振蕩器的振蕩頻率，體效應管采用偏壓調(diào)諧，雪崩管采用管采用偏壓調(diào)諧，雪崩管采用偏流調(diào)諧，但是頻率變化的同偏流調(diào)諧，但是頻率變化的同時輸出功率也在發(fā)射變化，甚時輸出功率也在發(fā)射變化，甚至出現(xiàn)停振至出現(xiàn)停振變?nèi)莨苷{(diào)諧變?nèi)莨苷{(diào)諧YIG調(diào)諧調(diào)諧并聯(lián)調(diào)諧并聯(lián)調(diào)諧等效電路等效電路變?nèi)莨苷{(diào)諧變?nèi)莨苷{(diào)諧串聯(lián)調(diào)諧串聯(lián)調(diào)諧等效電路等效電路YIG調(diào)諧負載振蕩器調(diào)諧負載振蕩器2323-RdjXdRjX負載Gunn振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題溫度變化，頻率漂移溫度變化，頻率漂移 溫度變化溫度變化 電抗變化電抗變化

9、 頻率變化頻率變化 電抗變化電抗變化頻率變)(dXXX)(dXXXl頻率穩(wěn)定性頻率穩(wěn)定性頻率穩(wěn)定度定義：頻率穩(wěn)定度定義：TM10單位：單位：1/1/0 0C C或或 ppm/ ppm/ 0 0C C一般為一般為M=10M=10-3-31010-4-4/ /0 0C C穩(wěn)定時穩(wěn)定時 R-RR-Rd d=0=0 X+X X+Xd d=0=0240)()(ddXXXX 電路：RXXRQdm)(2RQXXd2)( 穩(wěn)定時有：- R 為負載阻抗- m為電抗變化斜率對于LC電路：cLX121CLXRLRLLRCLQ/2122251. 減小 ：恒溫、穩(wěn)壓2. 減小 X/：低膨脹材料、溫度補償3. 提高腔體Q值：拋光，鍍銀或金(導電性不好，穩(wěn)定性好)4. 注入鎖定(已很少用)5. 鎖相環(huán)6. 外腔穩(wěn)頻 頻率相對變化：QRXXd2 R不