1、微波電子線路大作業姓名：班級：021014 學號：一 微波振蕩器1 微波二極管負阻振蕩器電路a 負阻振蕩器振蕩條件二極管負阻振蕩器的等效電路如圖所示，短路(或開路)雙線L等效微波諧振腔，變壓器表示微波阻抗變換器。可將圖 (a)進一步簡化為圖 (b)所示的一般等效電路，從器件向外看去為負載輸入導納YL=GL+jBL，負阻器件的輸入導納表示為YD=GD+jBD。圖 二極管負阻振蕩器(a) 二極管負阻振蕩器等效電路 （b）負阻振蕩器原理圖微波二極管振蕩器是單端口負阻振蕩器，在穩定狀態下應滿足YD+YL=0。n 振幅平衡條件：GD+GL=0n 相位平衡條件：BD+BL=0振蕩器通常工作在大信號狀態，負

2、電導GD在起振后有所降低.為易于起振，設計時使負載電導GL略小于GD(取GD1.2GL)。因此負阻振蕩器的振蕩條件也可寫為：GDGL BD=BLb 負阻振蕩器電路微帶振蕩器：體效應管與微帶線并接，偏置通過微帶低通濾波器加入。圖6-2(a)中器件的右邊是一段長度為L的終端開路微帶線，它等效于一個電抗網絡，選擇線段長度在g/4<l<g/2范圍內，以滿足振蕩的相位平衡條件。器件左邊的漸變微帶線起阻抗變換作用，使50 負載電阻變換成器件負阻值。2 晶體管振蕩器 a 反饋振蕩器的振蕩條件振蕩器設計與放大器設計很類似。可以將同樣的晶體管、同樣的直流偏置電平和同樣的一組S參數用于振蕩器設計，對于

3、負載來說，并不知道是被接到振蕩器，還是接到放大器。反饋振蕩器示意圖 (a) 反饋振蕩器電路框圖 (b) S參數等效網絡振蕩平衡條件為：b 負阻振蕩器的振蕩條件當潛在不穩定晶體管的一個端口具備一定的端接條件時，另一端口的輸入阻抗呈現負阻，等效為一個單端口的負阻器件。只要在該端口所接負載的正阻成分大于輸入阻抗中的負阻成分，放大器就不會自激。 若要構成晶體管振蕩器，則是相反的情況。振蕩平衡條件為1S=1或2L=1或表示為幅值平衡與相位平衡條件:|1S|=11+S=2n(n=0，1，2，) 或|2L|=12+L=2n (n=0，1，2，) 式中的1、2由晶體管的大信號S參數所決定。 在運用分析晶體管放

4、大器時的某些概念和方法時，需注意振蕩器在起振時是小信號條件，而后穩定于大信號狀態。1 以上輸入端口或輸出端口的振蕩條件可任取其一。可以證明，一個端口滿足振蕩條件，則另一個端口必同時滿足振蕩條件。2 振蕩器本無所謂輸入端、輸出端之分，兩個端口皆可輸出功率。一般將接負載獲取功率的端口稱為輸出端口，而另一端口接無耗電納，稱為輸入端口。3 負阻振蕩器電路的框圖可用上圖來表示，圖中端口1-1接的無耗電納使得端口2-2呈現負阻，即某些S導致|2|>1，然后由輸出端口進行調諧和匹配，即實現|2L|>1。隨著振蕩幅度的增長，晶體管在大信號條件下的S參數變化，端口2-2的負阻呈減小趨勢，振蕩將穩定于

5、2L=1的狀態。4 S對應的源阻抗為ZS=RS+jXS。 隨著振蕩幅度的增加，端口1對應的R1將變得不夠負，振蕩難以維持(RS+R1<0)。因此，設計時應選擇RS=R1/3。XL=- X1.二 PIN管微波開關PIN管在正反向偏置下的不同阻抗特性可用來控制電路的通斷，組成開關電路。PIN管開關電路按功能分為兩種：一種是通斷開關，如蛋刀單擲開關，作用只是簡單的控制傳輸系統中微波信號的通斷；另一種是轉換開關，如單刀雙擲、單刀多擲開關，作用是使信號在兩個或多個傳輸系統中轉換。若按PIN管與傳輸線的連接方式，可分為串聯型、并聯型一級串/并聯型三種；從開關結構形式出發，可分為反射式開關、諧振式開關

6、、濾波器型開關、陣列式開關等。1 單刀單擲開關（1）開關的正反衰減比下圖為單管串聯型和并聯型開關的原理圖及其微波等效電路圖。圖中分別為PIN管的等效阻抗和等效導納，分別為傳輸線的特性阻抗和特性導納，a、b分別為網絡的歸一化入射波和反射波。（a）串聯型原理圖；（b）串聯型等效電路；（c）并聯型原理圖；（d）并聯型等效電路設開關輸入端信號源的資用功率為，輸出端負載吸收功率為。則定義開關的衰減L為若開關網絡用散射S參量來表征，且假設開關插入在匹配信號源和匹配負載之間，則上式化為（2）基本原理如果PIN管正、反偏時分別為理想短路和開路，則對上圖（a）的串聯型開關來說，PIN管理想短路時，開關電路理想導

7、通；PIN管理想開路時，開關理想斷開。對（c）圖的并聯型開關來說，情況相反，PIN管短路，對應開關斷開；PIN管開路，對應開關導通。由于封裝參數的影響，對于單管開關無論是串聯型還是并聯型，都只能在固定的某幾個較窄的頻率區間有開關作用，而實際的工作頻率常常不在這些區域。為了擴展開關的工作模區，改善開關性能，有的直接把管芯做在微波集成電路上；也有采用改進的開關電路，其中常用的有諧振式開關、陣列式開關和濾波器型開關。2.單刀雙擲開關最普通但又最常用的單刀多擲開關是單刀雙擲開關，它把信號來回換接到兩個不同的設備上，形成交替工作的兩條微波通路。其典型的例子是雷達天線收發開關，發射機和接收機共用一個天線，

8、用一個單刀雙擲開關來控制。右圖表示一并聯型單刀雙擲開關的原理圖。管截止，或反之。并借助1/4波長線的阻抗變換作用，使輸入信號全部從B或A中的一個端口輸出，此端口為導通通道，同時另一端口為斷開通道。但是該單刀雙擲開關需要兩個偏壓源，為節省偏壓源，實際中常采用一個偏壓源控制并聯型單刀雙擲開關電路（如下圖），在此電路中，接在并聯的枝節上。當都處于反偏時，B路接通；當都處于正偏時，A路接通。因此可共用一個偏壓源。3.開關時間和功率容量PIN管用作開關時，其開關時間必須滿足系統對開關速度的要求，為提高開關速度，應盡量減薄I層，使儲存電荷減少。在這種情況下，開關時間基本上由載流子在I層的渡越時間決定，而與

9、載流子壽命無關。但I層太薄，使二極管反向擊穿電壓減小，承受微波功率也減小，因此提高PIN管開關速度受限于兩項極限參數，即開關時間和功率容量。（1）開關時間右圖表示PIN管從正偏電流突然轉向反偏時的情況。設正偏時I層儲存的電荷為，當換成反偏時，I層儲存的電荷一部分被反向電流吸出，另外一部分則繼續復合，形成復合電流。顯然，單位時間內層中電荷減少量等于單位時間內從I層流出的電荷量與復合電荷之和，即考慮到t=0時，可解得假設時，電荷全部清除，即，當時，開關時間可近似表示為由此可見，當PIN官給定后（已定），加大反向電流可使開關時間減少。所以應為PIN管開關制作具有內阻小而又能輸出大的反向偏壓的專門驅動

10、器。（2）功率容量當PIN管導通時，功率容量的限制因素是最大允許的功耗，當PIN管截止時，功率容量的限制因素是反向擊穿電壓。開關的功率容量是指開關所能承受的最大微波功率，它不僅與管子的功率容量有關，還與開關電路的類型（串聯或并聯）、工作狀態（連續波工作或脈沖工作）及具體結構（散熱性能）有關。三 PIN管電調衰減器和限幅器用電信號控制衰減量的衰減器稱為電調衰減器。利用PIN管正向電阻隨偏置電流連續變化的特性，可以做成各種類型的電調衰減器。電調衰減器可用于振幅調制和穩幅系統。1、環行器單管點調衰減器此電調衰減器的衰減由偏置電流來控制。偏置電流經過直流偏置電路加到二極管上。環行器的作用是使得輸入電路能得到較好的匹配。這種單管電調衰減器的衰減量為式中：2、吸收陣列式衰減器為了使系統頻帶展寬、衰減量的動態范圍增大及能承受較大的功率，可采用多個并接在傳輸線上的PIN管，管間相互間隔為1/4波長的陣列衰減器。加正向偏置的PIN管等效為正向電阻，隨著管子正向偏電流的改變，各電阻阻值發生變化，故為一個電調衰減器。工程中通常采用多節級聯。由于輸入駐波比主要取決于前面幾個單節，因此在實際應用中，一般僅把三個管子的正向電阻形成漸變分布，而后面的管子則按等元件陣排列。3、PIN管限幅器電調衰減器是利用