x波段数控稳频耿氏振荡器的分析

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1、AbstraetKeywords:X一band，Gunndiode，Double一tuned，DigitaleontrolClassifleationCode:TN7第一章引言李在一雀纷己I性挂.二刁J二于二J二二刀1.1微波振荡器的概述微波振荡器用来产生微波信号，是所有微波设备和系统中不可缺少的重要组成部分，也是微波和毫米波系统固态化、集成化、小型化的难点所在。虽然在许多场合己大量使用频率合成器，但频率合成器本身也是由参考源和VCO两个振荡器构成的。振荡器的核心部分是一个有源器件和一个谐振回路。小信号振荡

2、器用于接收机本振和测量系统，大信号振荡器用于发射机，全固态化振荡器己经广泛使用，在个别场合还用到大功率电真空器件川[2]。微波振荡器广泛应用于雷达、通信、制导、电子对抗和测试仪表等方面已有很长的历史，但在上世纪60年代以前，微波振荡器几乎都是由微波电真空器件如反射速调管、磁控管、返波管等构成。这类器件一般都存在工作电压高、供电种类繁多、功耗大、结构复杂、体积庞大、造价昂贵、调试麻烦等缺点，特别是其频谱纯度低、相位噪声大、频率稳定度差，已逐渐不能适应电子技术发展的需要，在很多实际系统中己不适合使用。20世纪6

3、0年代以后，随着微波半导体器件的迅速发展，采用微波半导体管的微波固态振荡器的发展越来越活跃。它通过电路与微波固态有源器件的相互作用，把直流功率转换为射频功率。与微波电真空振荡器相比，微波固态振荡器只需低电压的供电电源，而且工作效率高、可靠性好、体积小，易于集成而且使用寿命较长，所以一直受到人们的重视，已成为许多系统的优选器件。其中，常用于制作振荡器的二端固态器件包括:隧道二极管，限累二极管，耿氏二极管，雪崩二极管等;三端固态器件主要包括双极性晶体管，场效应晶体管，高电子迁移率晶体管，鹰晶型高电子迁移率晶体管

4、，异质结双极性晶体管，厦晶型异构场效应晶体管等。微波振荡器使用的谐振器也多种多样，主要有集总参数元件、微带线、金属波导腔以及介质(DR)等多种形式。目前，微波固态振荡器是微波固态信号源中常用的一种电路形式，正朝着小型化、低噪声、良好的稳频和调谐性能的方向发展。虽然微波固态振荡器的种类繁多，然而它们有着各自的特点和优越性。微波晶体管多用在微波频段的较低端，一般在10GHz以下，但其具有较低的相位噪声和较高的直流到射频的转换效率。最近几年场效应管发展尤其迅速，在高频率、高功率和低噪声上取得了很大进展，在K波段(

5、20一40GHz)振荡器输出功率可高达瓦级。与微波晶体管相比，以雪崩二极管，耿氏二极管为代表的负阻振荡器的振荡频率可以达到毫米波高端，同时振荡功率也不断提高，被广泛用来代替反射式速调管作本振源，代替返波管作宽带扫频信号源和小型发射机。其中，雪崩第一章引言管二极管振荡器工作频率可高达260GHz以上，并且已有230GHz的商用雪崩管出售，其输出连续波功率可达几瓦，甚至几十瓦。而耿氏二极管振荡器的工作频率也在不断提高，在100GHz以下器件的生产工艺已趋于成熟，GaAS耿氏器件的工作频率可达70GHz左右，而1

6、llP耿氏器件在100GHz处其连续波功率电平己达到100mw左右的量级，并有望在100GHz以上提供可用功率[21[3J141。应根据不同的使用要求可选用不同形式的振荡源。相对而言，耿氏振荡器因其具有工作频带宽、低噪声、电路结构简单以及成本低的特点而更适合做测试系统和接收机本振源。1.2接收机本振源的发展动态低噪声本振源是雷达导引头回波多普勒接收机的最关键部件。本振源不但要求体积小，重量轻，具有抗震抗冲击性能，耐高温性能，高可靠性，而且要求有足够长的长期频率稳定度，以及具有连续、线性和可重复的调谐特性。同

7、时特别重要的是，要求本振源具有足够低的相位噪声特性。由于本振源的相位噪声特性是决定导弹“杂波下能见度”和“泄露下能见度”的一个极重要参数，因此可以说，如果没有低噪声本振源，就没有当代先进的导弹。所以，国内外都极重视低噪声固态本振源的研究。现代导弹都需要多点频工作，因此本振源必须具有宽频带的调谐能力。但是，从本振源的低相位噪声要求出发，振荡器的调谐范围要窄，频率调谐斜率要小，因而宽频带工作与低相位噪声要求是相矛盾的。这是导引头低噪声本振源系统设计必须考虑的主要问题。导引头接收机低噪声本振源可根据所用器件的特征

8、或电路调谐形式主要分为低噪声速调管振荡器、机械调谐和电子调谐相结合的耿氏振荡器、双电调谐微波振荡器(Ivco)及晶振、倍频与sAW振荡器混合单片集成微波本振源。双电调谐振荡器(IVCO)可构成性能优良的数字式调谐微波振荡器(DTO)，它的工作状态能够进行可编程控制，这对数字式智能化导引头来说很适用。晶体、倍频和SAW振荡器混合单片集成微波本振源正在向低噪声方向发展，而双电调谐数字式微波振荡器(DTO)也是导引头低