ku和ka波段压控振荡器与新型超宽带微带天线研究

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1、东南大学硕士学位论文抑制高次谐波的存在。调谐灵敏度指单位调谐电压的变化所引起的VCO的频率改变量。例如，调谐灵敏度为50MHz／V的意思是当调谐电压改变1V时压控振荡器将有50MHz的频率变化。调谐线性度指偏离理想的线性调谐直线的最大调谐频偏与总的调谐宽度之比，用百分比表示。影响VCO线性度的最关键因素是变容管C．V特性的好坏。推频系数表示了由于电源电压变化而引起的振荡频率的变化。频率牵引表示了负载的变化对振荡频率的影响。2．2有源器件的选择可选作振荡管的有源器件有：双极晶体管(BJT)，砷化镓场效应管(GaAsFET)，高迁移率晶体管(H

2、EMT)和异质结双极晶体管(HBT)等等。选择振荡管时应先根据其噪声性能的不同，选择不同类型的晶体管。晶体管的噪声来源有三种：热噪声、散弹噪声和1纩噪声。(1)热噪声：由于载流子不规则的热运动，通过半导体管内的体电阻时而产生；(2)散弹噪声：通常所说的三极管中的电流只是一个平均值，实际上通过发射结注入基区的载流子数目，在各个瞬时都不相同，因而引起发射极电流或集电极电流有一无规则的流动，产生散弹噪声；(3)1／f噪声：晶体管产生闪烁噪声的原因现在还不十分清楚，但被设想为由载流子在晶体表面的产生和复合所引起，因此与半导体材料本身及工艺水平有关。

3、三种噪声中，热噪声、散弹噪声影响在载频的远端，1／f影响载频近端。输出载频的相位噪声与晶体管的1矿噪声有关。晶体管的1矿噪声低，振荡器输出载频的相位噪声就小；反之，相位噪声就大。GaAs场效应管因其1／厂噪声较大，但可以工作在较高的频率，一般用在振荡频率在十几个GHz以上的场合；双极晶体管的1／f噪声最低，但一般用于10GHz以下的低噪声振荡器的设计；随着半导体材料、工艺的进展，出现了新一代优质三端微波、毫米波器件——高电子迁移率晶体管(HEMT)和异质结晶体管(HBT)，它们的1c7r噪声介于Ga．As场效应管和双极晶体管之间【171。H

4、EMT国际上的研究始于1980年，同MESFET比较，它具有功率高、效率高、增益高及噪声低的优点，因此一出现即深受重视。目前，国外在18GHz以下的HEMT器件已商品化，用HEMT制作的多级低噪声放大器(LNA)及高灵敏接收前端已广泛应用于微波、毫米波系统【11。1976年第六次欧洲微波会议认为：在4GHz以下，适合用硅双极晶体管；4""15GHz范围内，适合用GaAs场效应晶体管；15GHz以上，则是HEMT和雪崩二极管振荡器的6第2章基于HEMT的Ku波段和Ka波段压控振荡器领域【19】。2．3二端口负阻振荡器设计微波固态振荡器按照器件

5、类型可划分为双端口振荡器(微波晶体管振荡器)和单端口振荡器(微波二极管【体效应管、雪崩管等】振荡器)【l】【201。一定电路组态下的微波晶体管，无论是微波双极型晶体管或场效应晶体管，都可视为一个二端口网络，在适当条件下，均可构成振荡器。由于它们的振荡机理也是非线性负阻特性，故常常把它们称作二端口负阻振荡裂¨。从设计角度看，二端口负阻振荡器设计和放大器设计很相似。它们都是以测试指定频率和指定直流电压偏置下的器件S参数为基础，且负载匹配网络几乎没什么差别。不同的仅仅是放大器工作于负反馈状态，而振荡器工作于正反馈状态。此时，对于振荡器来说，应该充

6、分利用和转化电路的潜在不稳定性，使其产生自激振荡。为使窄带或宽带情况下振荡器工作在最佳振荡状态，即输出功率最大、最平坦，必须借助计算机辅助技术(CAD)来设计振荡器谐振网络、输出网络及其反馈网络，以期获得带内最大负阻特性。宽带振荡器为了获得带内良好的线性调谐性能，尚需设计宽带电抗补偿网络等。总之，利用CAD技术设计微波振荡器是一类非线性电路问题，要比设计微波放大器难度大得多。2．3．1振荡条件二端口负阻振荡器一般原理框图如图2．1所示，它包含晶体管、谐振网络和输出网络(终端网络)【1】【21】】瞄l。晶体三极管散射矩阵用【S】表示。zL为终

7、端网络阻抗，而Zs为谐振网络阻抗。设二端口网络的入射波为口l、G2，反射波为6l、62。二端口网络散射参数定义为：6l=墨lC／I+·S2口2(2．1)62=是lq+22C／2(2．2)由此可以求出图2．1所示二端口网络反射系数。利用式(2．1)、式(2．2)禾11FL=az／b=可以得到：riII=鲁呱+她1-SzzF，．(2．3)7东南大学硕士学位论文同样，利用式(2．1)、式(2．2)NFs=q／b,可以得到：。乏=＆+黼1㈣，“一OllIo如前述，振荡器和放大器的设计很相似，不同之处仅在于振荡器工作在正反馈状态，而放大器工作在负反馈

8、状态。后者要求稳定系数k>l，Fm1和rollI>1。所以振荡条件可以表示为：后=坐出蟮盟