微波电子线路-西安电子科技大学8.doc

微波电子线路 西安电子科技大学 8 阶跃恢复二极管倍频器变频器，倍频器门罗关系 电荷分析法 等效电路法常见电路阶跃管倍频器多用于820次倍频，且有较高的频率，这归因于其核心元件阶跃恢复二极管的特殊性能。该器件导通时能储存大量电荷，截止时载流子突然被抽走，电流骤然消失，产生具有丰富谐波分量的尖脉冲。本节介绍阶跃恢复二极管原理，倍频器构成原理及分析，设计方法。一阶跃恢复二极管1 特点： 加正向电压时导通，但I区载流子寿命长，复合慢，在结区有大量电荷贮存，电压反向时，由于结区的贮存电荷存在，管子仍然导通，但贮存电荷在载流子抽完后突然消失，电流截止。加交变电压对应电流波形如右图，与一般pn结管子的不同在于导通时载流子寿命长，复合慢，电压反向时不能立即截止。2 结构：为了获得好的阶跃特性，延长载流子寿命，在结构上采取如下措施：1） 管芯采用：掺杂，有两个结，结的区耗尽，正向电压时空穴大量注入区。结，二者的浓度差使界面内健电场阻止区空穴向区扩散，而大量堆积在区。 2） 材料用硅：该材料的空穴与电子复合速度慢，少子寿命长。3） N区宽度窄：可使贮存在N区的少子尽快全部抽回，缩短阶跃时间。 3 等效电路：正向偏置，导通。反向偏置，在导通期同前，截止区，电容。 所以，阶跃管可看成电容在和之间突变的电抗开关。4 阶跃管特性参数：l 贮存时间：电压由正变负，由于贮存电荷效应，管子上电压不能突变。贮存电荷经过时间，管子两端电压降为零。l 阶跃时间：反向电流消失时间，从 该时间越短越好。l 其他参数：少子寿命，约为信号周期的10倍。还有反向击穿电压，截止频率等.二阶跃管倍频器的构成及原理框图 对应输出波形频谱：三各部分电路分析。1阶跃管脉冲产生器：其作用是利用阶跃恢复二极管电流突然消失的特性产生含有丰富谐波分量的负尖脉冲。 为（a）导通期等效电路。（b）截止期（阶跃）等效电路。为后面谐振电路呈现的等效负载,L为一个大电感称为激励电感。为输入信号电压。工作原理分析：阶跃管导通时，等效电路如图a所示，方程为：解电流为：其中直流项代表初始值，余眩分量与对应。线性增长项与 L有关。由于L存在使i的相位落后于,时，已处在负半周，在 的共同作用下，正向导通注入的载流子被反向抽回，抽完，电流突然消失，管子由导通转入截止。在导通期管子两端被箝位于。截止（阶跃）期间 由于 有不导通时等效电路b所示，回路方程为 起始条件 解为 这是一个衰减的正玄场，参量分别为衰减常数、角频率、阻尼因子。输出端R/L上的电压uO（t） 这是一个高频的衰减场，只能维持半个周期，正半周管子导通，然后进入下一个重复过程，这个持续半个周期的负压为负尖脉冲。负尖脉冲宽度，负尖脉冲幅度当很小时， 偏压由条件决定，即输入导纳，把电流脉冲分解为傅氏级数，取成分与比较可得其中与有关。近似为1。对输入口阻抗匹配有影响，要加调谐电容。2 谐振回路 作用是改变尖脉冲的频谱结构，使能量向集中，提高倍频效率。原理：用尖脉冲激励一个谐振回路，该回路谐振于，并且振荡过程中，负载吸收的功率。在微波技术中，该谐振回路可以用开路线实现输出电压的选取应使下一个脉冲到来之前，上一个脉冲的振荡已将大部分功率传给负载。其合适值为谐振段的特性阻抗由决定，取，谐振线与带通滤波器输入端之间有一个耦合电容该电容的存在使得谐振线长度缩短。3 输出滤波器： 为带通滤波器，输入阻抗为，输出接负载阻抗为，该滤波器兼有阻抗匹配作用，中心频率带宽四 阶跃管倍频器电路五 阶跃管倍频器设计倍频5-20倍，首先考虑阶跃管，效率10%左右，电路有波导，同轴、微带 或组合形式