宽带参量放大器设计理论.pdf

宽带参量放大器设计理论 提 要 对于信号回路双凋谐 空 闲回路单调谐 的非简并参量放大 器 叙述了一种新 的 精 确 设计理论 如 果考虑到信 号回路电阻 而这是以前的文章所忽略的 则存在着一个放 大器增益为 正的频带 在本文 中 增益的带 内特性即与此频带有关 空闲和信号回路的 斜率参数是用与二极管自身有关的 斜率参数来进行 归一化的 用归一化斜 率参数把实 际 电路与增益一带宽特性 联系起来 外加信号谐振器的斜 率 参数与二极管 的负斜 率参数 有关 给 出了获得 稳定放大时 对此比值的 限制 列 出了用计算机算出的 设计表 格 其 中有偶合比以及 外加信 号谐振 器 的斜 率参数 在 上 作了实验 正增益带宽约 为 在此频带内加 泵变容管 的阻抗实部对环流 器呈现负值 如果信号 回路损耗可以忽略 这一频率 极 限 就不存在 这是因为对于环行 器所呈现的 阻抗 总是为负 本文即以此频带来考虑增益与频率 的关系 空 闲 和信号回路的斜 率参数都是用二极 带 6 0 3 2 07 36 9 0 4 4 0 一 2 6 242 094 02 0 47 426 为 电弹系数 在信号和空闲频率 上变容二极管动态 值定义如下 卫假定为实数 二 87 二 87 此处 信号 中心频 率 空 闲中心频 率 8 7 二极管串联电阻 且调制系数定义 为 丫 信号与空闲谐振回路是通过加泵变容 管 电弹相偶合 的 可以画成图 的样子 平均 电弹 引 线 电感 7 以及二极管串联 电阻8 都是信号 和空闲 回路 的公 共元件 9 二 凡 为玲加空 闲回路阻抗 包括 管壳电容在 内 谐振 回 路在谐振频率附 近的响 应川斜率参数来 表 示比较方便 如果串联谐 振 回 路的电抗为 谐振频 率 附近 的 电抗 斜率 参数可 表示成 二 给 一 欧 如果并联谐振 回 路 的 电纳为 贝 二极管串联谐振用作信号频率 谐振 而包括管 壳 电容 及外部电路在内的 谐振 用作空 闲谐振 图示 于图 情形人 这种情形可用于微波频率高端以及毫米波低端的参放 种情形 二极管 串联谐 振 用作空闲谐振 为了形成 信 号谐振 仅在信号回路外加电感 以 使二极管谐振 频 率降低 这种情形可用于微波频率 低端以及平衡型二极管参数 图示于 图 情形 断断 印 叻路 一 欺 入 减导 编玄 咦办 同寿由 书多 寿奋 液导 猪 志 咖 二 情形 情形 图 信号与空闲谐振回路结构 为空闲 电 压 为外部空闲电 路阻杭 5 2 一 了 情形 适用于微波频段高端以及毫米波低端 情形 适用于微波频段低端以及 平衡型二极管参放 宁 5 与 的 作用忽略不计 而这是几乎每一个参数都满足的 则 式可以写成 式可以写成 7 了 因而 利用 一 及 式 二 上 业 老 2 田 对情形 信号谐振频率为 式可写成 一 一 日 月 一 日 3 刃 5 日 月 一 日 月 日 此处 1 1 1 1 二 5 55 5 住口 尸 5 丛 凡 0 曹 作为一个例 子 而 早 龙化 的 图 示出了增益 4 与口 的 函数 关系 其中 二 2 2 月二 相应 于单调 潜情形 没有外 加信号楷 振 器 它使增 益与 偏差 最小 对于码 口毖 力 岛气 图 信号回路中有否8 的理论 增益须率响应 9 手 场过城 伙 图 对于各种 的理 论功 流一须率响 应 比较小 而8 则选取 二认可 获得几乎是 毛限大的 平坦 带宽 但女 一 果信 号回路8 4 9 多 项 式叩可 满足这一条了 的长 卜 一 面内必须没有根 如 拍此 卜 乍侈下 必须 满足以下 条 果 伟 日 一 爪 产 十 乡 一卜 二 以 一叹 一 弓一 一 一 少 厂二 一 见 呱 一 艺 式 表明这 两个日值 中 日 一 岁百 稳定的 图 的苏注 线 相应于不信走 的 门 它是由 式砍定 的三 种依 幼益为 波坟 士 2 2 的解 此 图与 改亚 兑明 东交大时少 不工能若增加带宽 图 了是 对 于四种 2 2 值 当增益为 波坟 士 的解答 该 图与表亚说 明较大 的信号回路 值 即2 2 的值较大时 使参放的带宽比 显 著减小 图 是在不 同 的增益下对于 2 2 一 波纹 士 增益为 一 和 2 相对带宽可用 或 式估计 或者 用 实验证实 更为精确一些 因而 利用表亚就可以确 定最佳外加信号谐振 器的最佳斜率参数 二极 管最佳偶合比以及可以实现的 相对带宽 八甘 6 自 甘6 口口 口口口 圣 0 0 0 毛 曰口 口 巨 巨 巨巨巨0 0 0 0 0 0 0 口 口 口口口 习习 口口 么尸 因 公 口伟 盆 口 产2产 公口必矛 舜年 图 实脸性 一 参放刚得的增益和噪声 系 数 泵频为 8 二极管为 尽小扩散外延平面砷化今家二极管 噪声系数 和增 益 包括环流器损耗 5 6 波导同抽变 换3 856 以及 信号回路损耗 856 9 空闲加载的影响 至 此 尚假定信号与空 闲 回路的 电阻一样 然而 有可 能 信号与空 闲电阻不同 此 外 还可 能有意加大空闲回 路 的 电阻 当其空 闲 电阻增加至 8 时 这 种影响 可以简单地考虑 即把下面 的 参数变成 2 2 产 护产 即可 在多数情形下 由 式可知 空 闲回路的 电阻加大时 正增益相对带宽 也增 加 当 选为 牛 乙 时 取最 大值 而 最 大值 为 87 2 一 实验结果 将此 设计理 论应用到一只 参放 泵频 各参数如下 使 平面扩散 砷化钵二极管浩振 在 附近 结面积为 件小 估计 值时 采 用 的典型值 正 增益带宽的实验数据是 一 6 仑 艺 砂 口尹曲 9 分 刀万刀 4 2 6 夕 万 叮 功叮 0 少 四即 0亡 对了少一 尸尸 一 翔 夕 工 尸 口叨 4 盯2 从口 夕 29 口力 落 9 厂 2 6 口3习刀 4 9仑 尸叹4 口脚 9对 口次刃 厂了 04 切 9 对日9 60 夕 6 产亡 亡2 刀 成6 3加 扭6 9诊 犷 0 4 肋心9 君君刀少42 6 7 汀 4 口功2 仑 即 少0 亡人 可 河 少一 尸 2 尹 肠 2 少 口0 97 刀口盯 尸厂 9 时卯仑厂 尹 7 0 才 打 石 4 2 加6 刀 4 0 厂 0 9 口6 2 艺 0 4 沙 君 刀 42左 万化 4 脚2 0 0 4夕犷0 河 尹一 尸尸 一 一 刃 口 白 口 一 口9才 召 09口 肛4口 尹口砂2妙0 几 9 召4 7 舰尹召 2刀0口 万 29 了 6 3 万 仑去 功 4 7 26 5 6 3 7 9 4 训9 4 韶 仑功 刃从 对 亡 54咖一万 肠 助 刀 万0 左 万 更 以 2刀 君 口4 7 0 加 刀口切才 动 尸尹