非線性微波電路與系統(tǒng)第十章課件

微波振蕩器 微波振蕩器是各類微波系統(tǒng)的關(guān)鍵(核心）部件之一，其性能優(yōu)劣直接影響到電子系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 微波振蕩器件可采用晶體管（單柵和雙柵）（效率高達(dá)40%以上），雪崩二極管（效率為15%左右）和耿氏二極管（效率僅有5%）。 電路形式有：自由振蕩器，高Q腔和介質(zhì)穏頻振蕩器，頻率綜合器。foutPout11微波振蕩器的主要性能指標(biāo)：1、工作頻率和帶寬（VCO）；2、輸出駐波系數(shù)；3、穩(wěn)定度

①頻率準(zhǔn)確度 ②頻率穩(wěn)定度（分長(zhǎng)期、短期和瞬時(shí)） ③功率穩(wěn)定度4、調(diào)頻噪聲5、相位噪聲6、諧波和雜散7、輸出功率（以及功率平坦度和穩(wěn)定度）8、頻率牽引、頻率溫度系數(shù)、調(diào)頻線性度等等@微波振蕩器21微波振蕩器雙極晶體管：工作頻率低，相位噪聲低，直流到射頻的轉(zhuǎn)換效率高。FET類（包括GaAsMESFET、HEMT、PHEMT和HBT等）：相位噪聲大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成，成本低，可以用于更高的頻率。雪崩（IMPATT）和耿氏（Gunn)二極管：工作頻率高，噪聲電平比較高，直流到射頻的轉(zhuǎn)換效率很低。31 穩(wěn)定振蕩過程是一個(gè)逐步建立起來(lái)的瞬態(tài)，振蕩開始時(shí)V0和I0很小，不滿足上式，直到V0和I0很大到達(dá)某一定值時(shí)，上式成立，振蕩趨于穩(wěn)定。且受擾動(dòng)后，正弦電壓和電流仍回到它的穩(wěn)定值。穩(wěn)定振蕩另一種表達(dá)方式：51§10.1基本理論

微波振蕩器正反饋理論→三極管振蕩器61微波振蕩器71微波振蕩器91一、小信號(hào)設(shè)計(jì)方法微波振蕩器101可以證明，如果輸入端振蕩，輸出端也振蕩；當(dāng)輸出端振蕩時(shí)，輸入端也振蕩。微波振蕩器111設(shè)計(jì)一個(gè)FET振蕩器的一般步驟是：1、potentiallyunstabletransistor,如果不是，則采用反饋元件2、3、4、5、Loadmatchingnetwork微波振蕩器131Example:GaAsFET.(1)(2)微波振蕩器141（3）（4）微波振蕩器151三、FET振蕩器的非線性分析

以上采用小信號(hào)線性S參數(shù)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，得不到精確預(yù)計(jì)輸出功率和對(duì)應(yīng)的負(fù)載阻抗。 FET振蕩器非線性分析方法→Volterra級(jí)數(shù)法。而采用諧波平衡法有以下兩個(gè)難點(diǎn)：①建立飽和狀態(tài)模型較為困難；②HB法只能分析一個(gè)外激勵(lì)頻率信號(hào)去激勵(lì)一個(gè)非線性電路，而振蕩穩(wěn)定是一個(gè)逐漸建立的過程，開始振蕩時(shí)的頻率與穩(wěn)定后的振蕩頻率不同，且電路參數(shù)是隨頻率變化的過程。微波振蕩器171FFS(t)S(t)W(t)W(t)FF-PPFF-PP閉環(huán)非線性反饋系統(tǒng)開環(huán)非線性系統(tǒng)閉環(huán)等效電路開環(huán)系統(tǒng)S(t)X(t)W(t)kωωS(t)X(t)W(t)kωωZ(t)微波振蕩器181微波振蕩器191五、性能參數(shù)振蕩器的兩個(gè)主要性能是它的頻率和輸出功率，但其它性能參數(shù)對(duì)微波或毫米波系統(tǒng)的性能也有很大的影響：1、輸出頻率和頻率準(zhǔn)確度

由器件和電路結(jié)構(gòu)決定。微波振蕩器2、輸出功率P0

主要取決于器件。2113、相位噪聲微波振蕩器輸出頻譜中產(chǎn)生的噪聲邊帶。221要把相位噪聲減至最小，不僅要使用①低噪聲器件，②而且還要使用高的有載Q諧振器，在電壓控制振蕩器中，應(yīng)使用高Q變?nèi)荻O管。③用鎖相振蕩器也可以實(shí)現(xiàn)低的相位噪聲，如晶體振蕩器。④由于相位噪聲也可由來(lái)自直流電源或耦合到直流偏置電路的噪聲引起，所以直流電源的濾波在減小相位噪聲方面是不可忽視的。微波振蕩器2315、熱穩(wěn)定性→T的變化引起f0和P0的變化振蕩器的溫度變化可以同時(shí)影響諧振器的諧振頻率和FET的Гin，從而使振蕩頻率發(fā)生變化。溫度變化也可以使輸出功率減小，甚至可以使振蕩完全停止。溫度補(bǔ)償電路一般包含在偏置電路中。諧振器也可以按補(bǔ)償振蕩器頻率的變化進(jìn)行設(shè)計(jì)。微波振蕩器2516、頻率滯后調(diào)諧漂移7、諧波和假響應(yīng)輸出 可采用濾波器進(jìn)行抑制。在設(shè)計(jì)良好的振蕩器中，引起頻率滯后調(diào)諧漂移的主要原因是由變?nèi)莨苌系臒岷纳⒁鸬?。微波振蕩?61§

10.2電路拓?fù)?/p>

1）VCO 共柵電路是實(shí)現(xiàn)VCO的最流行的一種，因?yàn)橹恍栌靡粋€(gè)非常簡(jiǎn)單的反饋電路（一個(gè)電感）就可以在很寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)電導(dǎo)。2）點(diǎn)頻振蕩器 采用共源電路。在這些應(yīng)用中，一般是使用介質(zhì)諧振器的固定頻率振蕩器。介質(zhì)諧振器是用新型陶瓷材料做成的，具有高的介電常數(shù)。微波振蕩器DSGL地271微波振蕩器291微波振蕩器301§

12.2VCO機(jī)械調(diào)諧變?nèi)荻O管調(diào)諧偏置調(diào)諧YIG調(diào)諧VCO的特點(diǎn)：輸出功率穩(wěn)定

調(diào)諧范圍寬調(diào)諧速度快微波振蕩器311微波振蕩器321微波振蕩器331微波振蕩器341微波振蕩器351微波振蕩器361例耿氏管：RD=10，CD=1pF，LP=1nH變?nèi)荻O管：Cj(0)=1pF，Vbi=1V微波振蕩器371

∵RD＞Rc

∴滿足振蕩條件

∴微波振蕩器381當(dāng)V=O時(shí) 當(dāng)V=10時(shí)微波振蕩器391例2V-band(60GHz)微帶GunnVCO微波振蕩器401微波振蕩器411微波振蕩器421X波段PHEMT管VCO的設(shè)計(jì)實(shí)例中心頻率為9.1GHz，調(diào)諧帶寬>200MHz，輸出功率>8dBm，相噪為<-70dBc/Hz@1kHz在Rogers6010上制作，基片厚0.635mm，介電常數(shù)10.2，PHEMT采用HP的A