第二章毫米波固态源

1、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慢波型正交场放大器（CFA）磁控管（Magnetron）速调管（Klystron）行波管（TWT）返波管（BWO）快波型回旋管（Gyrotron）莱达管（Ledatron）潘努管（Peniotron）毫米波固态源分类二端器件IMPATTGunn三端器件MESFETHEMT FETPHEMT FET倍频器2.1 固态振荡器的一般理论 振荡器 换能器：DCAC 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/diRc() 平衡条件Zd(A)+Z

2、c()=0 稳定条件 振荡器噪声分析 注入锁定 2.2 IMPATT振荡器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 单双漂结构对比单漂区（SDR）双漂区（DDR） 结构 p+-n-n+ p+-p-n-n+ 漂移区数量1 2 结面积较小 较大 输出功率较小 较大 工艺复杂性和成本较低 较高2.3 Gunn振荡器 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Gunn与IMPATT对比 与IMPAT

3、T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6.1 鳍线振荡器 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 简单的鳍线振荡器 鳍线压控振荡器 平面柱鳍线振荡器 周期栅鳍线振荡器 单栅鳍线振荡器 鳍线FET振荡器 并联双管合成振荡器P=P1+P2理论合成效率可达100% 串联双管合成振荡器 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

4、更容易与阻抗较高的传输线匹配关键：等幅同相合成鳍线串联双管合成振荡器 Gunn二极管和串联双管合成振荡器的等效电路 鳍线串联双Gunn管合成振荡器的输出功率 鳍线串联双Gunn管合成振荡器的输出功率稳定度和频率稳定度2.5 二端器件倍频源 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。倍频器分类按功能： 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 变容二极管的非线性特性 结电容 结电容变化系数 =1/3 缓变结 =1/2 突变结 1 超突变结二极管倍频电路基本形式并联型（

5、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：散热不如并联型倍频附加电路 空闲回路 匹配电路 偏置电路 W频段高功率二倍频电路 二倍频器平衡倍频器 反向并联二极管对 Q-W频段鳍线平衡倍频电路 900GHz平衡三倍频器三端器件振荡器和倍频器 FET二倍频器（微带结构）6.3 混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 二极管双平衡混频器三端器件混频器低噪声放大器单