,*,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,*,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,1,微波半导体二极管振荡器负阻振荡器的一般理论1,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,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：,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。,3,一、起振条件 刚起振时，振荡处于“小信号”状态，负载电流 I,4,4,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,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,6,6,三、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：,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,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。,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,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,：,9,阻抗：Z()-垂直线，外电路阻抗线单个谐振电路：9,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。,10,导纳：由=0=0=构成圆10,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。,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,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。,12,Yd(V)和Y()的交点可能有3个，其中P1 和P2 是,外电路几种调谐状态,13,外电路几种调谐状态13,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。,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,频率跳变伴随有功率跳变,15,频率跳变伴随有功率跳变15,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,16,波导阻抗为高阻抗，Gunn与IMPATT输出阻抗很低，故波导,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,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,17,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,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,并联调谐,等效电路,变容管调谐,并联调谐等效电路变容管调谐,19,串联调谐,等效电路,串联调谐等效电路,20,YIG,调谐负载振荡器,YIG调谐负载振荡器,21,微波半导体二极管负阻器件ppt课件,22,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,=0,23,振荡器的频率稳定问题温度变化，频率漂移 温度变化 ,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：,24,电路：稳定时有：-R 为负载阻抗对于LC电路：2,1.,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：,25,1.减小：恒温、稳压 频率相对变化：R不变情况下提,外腔稳频振荡器,一、直接耦合式,等效电路,结构,Q,0,Q,1,26,外腔稳频振荡器一、直接耦合式等效电路结构Q0Q126,二、频带反射式,27,二、频带反射式27,