三毫米波微带集成谐波振荡器分析和设计.pdfVIP

三毫米波微带集成谐波振荡器 分析与设计 代文亮樊勇唐小宏 电予科技大学应用所 j毫米波技术实验室 610054 种 摘要：奉文提出了利用GaAsGunn器件研制三毫米波混台集成谐波振荡器的 设计方案，叙述了该方案设计原理及设计公式的推导，给出了：二次谐波提取原理和基 波、谐波的相互关系，芹根据设计I．作频率来确定缝耦合加载微带径向线谐振器的尺 寸。 一、引言 毫米波振荡器是毫米波系统的关键部件，它广泛应用于FM-CM雷达、捷变频雷达、 多信道频率必威体育官网网址通信和自动测试系统，作为发射机信号源或本地振荡器。 本文分析、设计的三毫米波谐波振荡器采用毫米波微带集成结构，克服了目前通 常采用的振荡器(在3mm波段以波导结构居多)的体积丈、重复性差、不能批量生产， 且与其它电路不易集成等缺点；在国内现有的条件下采用砷化镓耿氏管研制微带耿氏 谐波振荡器。 二、谐波振荡器工作原理一般介绍 任何微波毫米波有源器件都存在非线性，而谐波振荡器正是利用这一非线性特性： 经典范得堡(Vail derpod模型对谐波振荡器中基波和谐波的相互作用关系进行了研究， 并根据谐波平衡法建立起谐波振荡方程： k2l，2,3………．n Nl+Y女(k09产0 式中：Y((k珊)=G。+jBk为外电路在第K次谐波上呈现的导纳。对于第二次谐波振荡器， 因基频上不输出功率，即：G，=o。其振荡方程的实部为： a1+a2v2cos妒2+a3(O．75v1+1．5v2)0 a1+a2(v12／2V2)COS妒，+a3(1．5v12+o．75v22卜G2锄 q／- 1丌 可以导出基频和谐波间的相差％，其允许值范围是=～二二：咀妒，为参变量，由计算出 。 ‘ 2 2 的第二次谐波功率输出与谐波负载的变化关系得出：当相差p，为最佳相位厅时，器件呈 现等效的负阻特性，从而建立起振荡。 大多数的实际固态器件，不仅具有非线性电阻特性，I司时在。定程度上具有非线性电 容特性，因此．由范得堡模型可得出基额回路对振荡器的调谐作用远远超过谐波回路． 基频回路对谐波振荡器的性能和频率稳定度起决定性的作片J。 三、谐波振荡器的振荡条件与理论分析 根据振荡器的谐振条件： Irn(1／Yd)+Im(ZO=0 (其中：Yd为Gunn二极管的等效导纳．Z【为外围电路引入的阻抗) 对三毫米二次谐波振荡器，47GHz的基波莆}94GHz的：次许波都必须满足该谐振条件 谆振荡器采用微带径向线谐振器结构，其等效电路如图l： 78 图1．振荡器的等效电路 图2渐变线与帽盘的缝耦合 1、缝耦合输出的缝电容的计算 如图2所示，取缝的角度为巾、缝宽为s： 脚2嘶-Rsp2法f￡掣产呱帆蜊妒 Tt。RReos(k‰)十KRtsin(Kr∞) 其中：TR=KR{cos(Kr。P)·RRsiIl(krsp) 妒。：afccos(r--n) R。：，。+堕一堑 j l r 酬一。号专 ’$ p 2p cos(I；cr一妒) l， ‘圹、f瞄+0—2rorp a1，ro∞缸驴～v 2、振荡器的基波