非线性微波电路与系统第十章优秀PPT.ppt
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1、非线性微波电路与系统第非线性微波电路与系统第十章十章第一页,本课件共有50页12微波振荡器的主要性能指标:微波振荡器的主要性能指标:1、工作频率和工作频率和带宽(带宽(VCO););2、输出驻波系数;输出驻波系数;3、稳定度、稳定度频率准确度频率准确度频率稳定度(分长期、短期和瞬时)频率稳定度(分长期、短期和瞬时)功率稳定度功率稳定度4 4、调频噪声、调频噪声5 5、相位噪声、相位噪声6 6、谐波和杂散、谐波和杂散7 7、输出功率(以及功率平坦度和稳定度)、输出功率(以及功率平坦度和稳定度)8 8、频率牵引、频率温度系数、调频线性度等等、频率牵引、频率温度系数、调频线性度等等微波振荡器微波振荡
2、器 第二页,本课件共有50页13微波振荡器微波振荡器 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。第三页,本课件共有50页1410.1 基本理论基本理论(负阻振荡理论(负阻振荡理论)微波振荡器微波振荡器 物理概念:阻抗的实部为负,即物理概念:阻抗的实部为负,即“负阻负阻”i(t)Zl()Zs(I0,)Vs(t)s s()源源或或负载负载或或振荡平衡条件
3、振荡平衡条件幅度平衡条件,决定振荡器的输出功率幅度平衡条件,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相位平衡条件,决定振荡器的振荡频率或或第四页,本课件共有50页15稳定振荡过程是一个逐步建立起来的瞬态,稳定振荡过程是一个逐步建立起来的瞬态,振荡开始时振荡开始时V0和和I0很小,不满足上式,直到很小,不满足上式,直到 V0和和I0 很大到达某一定值时,上式成立,振荡趋于稳定。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。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:稳定振荡另一种表达方式:第五页,本课件共有50页16
4、10.1 基本理论基本理论微波振荡器微波振荡器 正反馈理论正反馈理论三极管振荡器三极管振荡器第六页,本课件共有50页17微波振荡器微波振荡器 第七页,本课件共有50页18FET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。微波振荡器微波振荡器 第八页,本课件共有50页19微波振荡器微波振荡器 第九页,本课件共有50页110一、小信号设计方法微波振荡器微波振荡器 第十
5、页,本课件共有50页111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。微波振荡器微波振荡器 第十一页,本课件共有50页112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。微波振荡器微波振荡器 第十二页,本课件共有50页113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微波振荡器微波振荡器 第十三页,本课件共有50页114Example:GaAsFET.(1)(2)微波振荡器微波振荡器 第十四页,本课件共有
6、50页115(3)(4)微波振荡器微波振荡器 第十五页,本课件共有50页116二、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、微波振荡器微波振荡器 第十六页,本课件共有50页117三、三、FET振荡器的非线性分析振荡器的非线性分析以上采用小信号线性以上采用小信号线性S参数进行分析和设计,得不到精确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。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振荡器非线性分析方法VolterraVolterra级数法。级数法。而采用谐波平衡法有以下两个难
7、点:而采用谐波平衡法有以下两个难点:建立饱和状态模型较为困难;建立饱和状态模型较为困难;HBHB法只能分析一个外激励频率信号去激励一个非线性电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。过程。微波振荡器微波振荡器 第十七页,本课件共有50页118FFS(t)S(t)W(t)W(t)FF-PPFF-PP闭环非线性反馈系统闭环非线性反馈系统开环非线性系统开环非线性系统闭环等效电路闭环等效电路开
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