《微波有源电路理论分析及设计》课件第4章.ppt

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根据给定的参数可以计算出下面给出几个倍频器的结构示意图。

图4-52给出输入频率为fS=2000MHz,输出频率为

f2=4000MHz的微带二倍频器的电路示意图。

图4-53给出输入频率为fS=12.4GHz,输出频率为

f2=24.8GHz的微带二倍频器MMIC的电路示意图。图4-522GHz二倍频器的电路图4-5312.4GHz二倍频器的MMIC电路该电路采用两个串接的变容二极管。

图4-54给出输入频率为fS=2250MHz,输出频率为

f4=9000MHz,空闲频率为f2=4500MHz的微带四倍频器

(1—2—4)的结构示意图。图4-46检波二极管与阶跃二极管的波形图1)阶跃恢复二极管的等效电路

正向偏置时,流经二极管的电流由两部分组成:一是流经扩散电容CD的电流;一是少数载流子复合形成的电流,它相当于一个损耗电阻Rf上流过的电流。这样,正偏时阶跃二极管的等效电路如图4-47(a)所示。

反相偏置时,由于存储的少数载流子全部返回,这时只剩下势垒电容Cj,在理想化的情况下,认为RS=0,而势垒电容Cj又很小,呈现高阻抗状态,则可以看成近似开路状态,其等效电路如图4-47(b)所示。图4-47阶跃二极管的等效电路2)阶跃恢复二极管的主要参数

(1)阶跃时间tt。阶跃时间tt是指反向电流从0.8IR下降到0.2IR所需要的时间,如图4-48所示。它是获得高效率倍频的关键参数,至少应小于输出频率的周期,一般选择为输出频率周期的一半。图4-48阶跃二极管的时间参数(2)储存时间tS。储存时间tS是指反向电流在阶跃以前的一段持续时间。显然,少数载流子的寿命越长,储存时间也就越长,为了防止在激励电压反向时储存电荷过早地被复合,使得电流阶跃的幅度下降,少数载流子的寿命τ至少应大于输入信号周期T1的三倍,一般选择τ=10T1。

(3)结电容Cj。结电容Cj越小,阶跃恢复二极管越接近理想开关,但是从功率容量(P∝f1U2Cj)来考虑,它不能太小。另一方面,对输出频率所呈现的阻抗也不能太低,否则倍频效率降低。

(4)正向电流If、击穿电压UB、最大耗散功率Pdmax。这三个参数决定了阶跃恢复二极管的最大允许的功效和输出功率。4.3.2电抗性二极管倍频器电路分析与设计

1.非线性电抗中的能量关系——门雷-罗威关系式

当有两个频率分别为ω1和ω2的信号电压同时激励非线性电容时,如图4-49所示,图中的滤波器均是理想带通滤波器,用来提取某一频率的信号。由于电容是非线性的,所以它的电荷Q的表达式可以用电容器两端电压u的幂级数来表示,即

(4-149)图4-49研究非线性电抗中能量关系的电路模型由于非线性关系将产生包含nω1+mω2的所有频率成分的产物,所以我们可以把非线性电容两端的电压表示成傅立叶级数的形式

(4-150)

同样,电容器的电荷和流过电容器两端的电流表示为

(4-151)因为u(t)和i(t)是实函数,所以必须有U-n-m=U*nm和Q-n-m=

Q*nm。假设电容器是无耗的

(4-152)

根据能量守恒原理可得

(4-153)

将乘以上式,可得上式要成立,必须使得求和项等于零

根据Pnm=P-n-m可以化简为

(4-154)2.电抗性二极管倍频器

电抗性二极管倍频器是门雷-罗威关系式的一种特定情况,因为它只用了一个信号源。若假定信号源的频率为ω1,则在门雷-罗威关系式中的m=0,可以得出

(4-155)变容二极管倍频器的基本电路有两种,一种是并联型(或称为电流激励型),如图4-50(a)所示;另一种是串联型(称为电压激励型),如图4-50(b)所示。在电流激励型电路中,变容二极管一端接地,有利于变容二极管的安装和散热,故常用于大功率倍频电路中

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