【2017年整理】毫米波二六毫米波固态电路.ppt

毫米波理论与技术第二章 毫米波固态源第六章 毫米波固态电路;毫米波真空管分类;毫米波固态源分类;振荡器 换能器：DC→AC 放大器：G→∞ 非线性电路 负阻振荡的基本原理 直流静态电阻永远为非负值 R=V/I ≥0 负阻是就动态电阻而言的，即器件V-A特性曲线上某处的斜率 r=dv/di 0;只考虑稳态振荡时器件中的电流基波分量 i(t)=Acos(ωt+φ) 设器件的微分阻抗和电路阻抗分别为 Zd(A)=-Rd(A)+jXd(A) Zc(ω)=Rc(ω)+jXc(ω) 则 起振条件 Rd(A)Rc(ω) 平衡条件 Zd(A)+Zc(ω)=0 稳定条件;任何原因引起的噪声源在振荡器噪声分析中都可以看成是一个与器件阻抗串联的电压源，它将引起器件电流的振幅和相位起伏。;注入锁定技术经常用来改善振荡器输出相位和频率稳定度。利用频率靠近自由振荡器频率的小信号注入，振荡频率就被同步到注入信号频率上。;1958年Read提出模型 1965年Johnston首次从工作在雪崩区的p+n二极管中观察到了微波振荡;单双漂结构对比;;IMPATT二极管CW功率随频率变化;IMPATT二极管脉冲功率随频率变化;IMPATT二极管封装结构（100GHz以下）;IMPATT二极管开放结构（100GHz以上）;毫米波二极管波导型振荡电路;腔稳法（不适合毫米波） 注入锁定 锁相环;1963年Gunn发现在外加电场作用下半导体能级间电子转移产生负阻效应 RWH（ Radley, Watkins, Hilsum ）双谷理论模型 1964年Kromer证明了二者是同一种效应;与IMPATT对比，Gunn器件 不是结效应器件，而是体效应器件，也称电子转移器件 优点：噪声低，适合作低噪声本振 缺点：输出功率较低;Gunn与IMPATT二极管CW功率;Gunn与IMPATT二极管脉冲功率;鳍线振荡器=鳍线谐振器+有源器件 鳍线谐振器用一段带有偏置电路和适当调谐电路的鳍线制作 有源器件可以是Gunn、IMPATT等二端器件，也可以是FET、HEMT FET等三端器件;;;;;;;P=P1+P2 理论合成效率可达100%;P=2(P1+P2) 理论合成效率可达200% 这是因为串联可使Gunn管比单个时有更大的负阻，也更容易与阻抗较高的传输线匹配 关键：等幅同相合成;;Gunn二极管和串联双管合成振荡器的等效电路;;;;;;倍频器将交流能量转换为其谐波频率的交流能量，与振荡器将直流能量转换为交流能量不同。倍频器与其说是信号源，不如说是频率变换电路。;按功能 信号倍频 功率倍频 按器件 二端 电抗性二极管 变容二极管 阶跃二极管 电阻性二极管 三端;基频固态源和倍频器可获得的最大功率（左） 基频电子管型振荡源可获得的最大功率（右）;平面管芯结构和台面管芯结构 等效电路;结电容 结电容变化系数 γ=1/3 缓变结 γ=1/2 突变结 γ1 超突变结;并联型（电流激励型）和串联型（电压激励型）;并联型（电流激励型） 特点：二极管上只有f1和Nf1频率的电流 优点：二极管可接地，利于散热，适合大功率倍频 缺点：二极管与输入输出回路均为并联，使得输入输出阻抗都较低 串联型（电压激励型） 特点：二极管上只有f1和Nf1频率的电压 优点：输入输出阻抗较高，且随谐波次数N的增加，效率下降程度比并联型小，对N3的场合较适合 缺点：散热不如并联型;空闲回路（LmCm） 匹配电路 偏置电路;;二倍频器;HBV三倍频器;反向并联二极管对;35% bandwidth Q-to-W band frequency doubler [C. Nguyen 1987];75-110GHz full waveguide band MMIC tripler [M. Morgan 2001];;;三端器件倍频器;三端器件倍频器;二端器件混频器 单二极管混频器（单端混频器） 反向并联二极管对偶次谐波混频器 二极管平衡混频器 二极管双??衡混频器 三端器件混频器;;;;亚谐波混频器;;230GHz single ended mixer [J.W. Archer 1981];;;;亚谐波混频器;单脊鳍线亚谐波混频器;单片亚谐波混频器;单片四次谐波混频器;单片四次谐波混频器;;;;;V频段单片集成混合环平衡混频器I;W频段单片集成混合环平衡混频器;单片双平衡混频器;;;单片有源平衡混频器;;;单级、双级;56-70GHz monolithic PHEMT low noise amplifier [TriQuint];平衡式 分布式（行波式） 反馈式 有源匹配式 有损匹配式;;;;;;宽带放大器性能比较;80-100GHz monolithic HEMT balanced, 3-stage, lo