非线性微波电路与系统第十章讲课文档.pptVIP

§10.2电路拓扑1）VCO 共栅电路是实现VCO的最流行的一种，因为只需用一个非常简单的反馈电路（一个电感）就可以在很宽的频率范围内实现负电导。2）点频振荡器 采用共源电路。在这些应用中，一般是使用介质谐振器的固定频率振荡器。介质谐振器是用新型陶瓷材料做成的，具有高的介电常数。微波振荡器DSGL地第27页，共45页。DR是一个具有高介电常数的软磁体，电磁均被封闭在其内部及周围，等效电路为谐振电路，特点是低损耗，高空载Q，低温度参数及高介电常数（30~40）。微波振荡器第28页，共45页。微波振荡器第29页，共45页。微波振荡器第30页，共45页。§12.2VCO机械调谐变容二极管调谐偏置调谐YIG调谐VCO的特点：输出功率稳定?调谐范围宽调谐速度快微波振荡器第31页，共45页。微波振荡器第32页，共45页。11*电子科技大学电子工程学院微波工程系1非线性微波电路与系统第十章第1页，共45页。优选非线性微波电路与系统第十章第2页，共45页。微波振荡器双极晶体管：工作频率低，相位噪声低，直流到射频的转换效率高。FET类（包括GaAsMESFET、HEMT、PHEMT和HBT等）：相位噪声大，结构简单，便于集成，成本低，可以用于更高的频率。雪崩（IMPATT）和耿氏（Gunn)二极管：工作频率高，噪声电平比较高，直流到射频的转换效率很低。第3页，共45页。§10.1基本理论（负阻振荡理论）微波振荡器物理概念：阻抗的实部为负，即“负阻”i(t)Zl(ω)Zs(I0,ω)Vs(t)Гs(ω)源或负载或振荡平衡条件幅度平衡条件，决定振荡器的输出功率相位平衡条件，决定振荡器的振荡频率或第4页，共45页。 稳定振荡过程是一个逐步建立起来的瞬态，振荡开始时V0和I0很小，不满足上式，直到V0和I0很大到达某一定值时，上式成立，振荡趋于稳定。且受扰动后，正弦电压和电流仍回到它的稳定值。稳定振荡另一种表达方式：第5页，共45页。§10.1基本理论微波振荡器正反馈理论→三极管振荡器第6页，共45页。微波振荡器第7页，共45页。FET振荡器的设计与FET放大器十分相似，它使用的器件，偏置电路以及S参数都与放大器相同，只是工作在不稳定区域为了实现低噪声和高频率稳定度，谐振器的设计通常也包含在振荡器的设计中，谐振器可以是集中参数电路，也可以是分布参数传输线、或是腔体、介质。频率调谐可以采用变容二极管或铁磁材料。微波振荡器第8页，共45页。微波振荡器第9页，共45页。一、小信号设计方法微波振荡器第10页，共45页。可以证明，如果输入端振荡，输出端也振荡；当输出端振荡时，输入端也振荡。微波振荡器第11页，共45页。这一结论也可推广到一个n端口振荡器，只要一个端口振荡，其余的端口也必然同时振荡。微波振荡器第12页，共45页。设计一个FET振荡器的一般步骤是：1、potentiallyunstabletransistor,如果不是，则采用反馈元件2、3、4、5、Loadmatchingnetwork微波振荡器第13页，共45页。Example:GaAsFET.(1)(2)微波振荡器第14页，共45页。（3）（4）微波振荡器第15页，共45页。二、大信号设计方法大信号方法与小信号方法类似。大信号S参数可以通过测试仪器或大信号模型获取，但相对比较困难，他的设计步骤如下：1、2、3、微波振荡器第16页，共45页。三、FET振荡器的非线性分析 以上采用小信号线性S参数进行分析和设计，得不到精确预计输出功率和对应的负载阻抗。 FET振荡器非线性分析方法→Volterra级数法。而采用谐波平衡法有以下两个难点：①建立饱和状态模型较为困难；②HB法只能分析一个外激励频率信号去激励一个非线性电路，而振荡稳定是一个逐渐建立的过程，开始振荡时的频率与稳定后的振荡频率不同，且电路参数是随频率变化的过程。微波振荡器第17页，共45页。FFS(t)S(t)W(t)W(t)FF-PPFF-PP闭环非线性反馈系统开环非线性系统闭环等效电路开环系统S(t)X(t)W(t)kωω