3mm波雪崩管集成振蕩器設(shè)計(jì)(1)
形容了一種3mm雪崩管集成振蕩器。該振蕩器由雪崩二極管,微帶諧振安裝,鰭線過渡段組成。經(jīng)過對雪崩管振蕩器的實(shí)踐綜合,利用通路設(shè)計(jì)硬件ADS與三維仿真硬件HFSS仿真優(yōu)化,設(shè)計(jì)出了效率為95GHz的雪崩管集成振蕩器。
毫米波通常是指效率規(guī)模為30～300GHz的電磁波。毫米波技能通過多少十年的停滯,尤其是最近的二十年來獲得了令人注目的打破,已在通信,準(zhǔn)確制導(dǎo),雷達(dá)上面寬泛運(yùn)用。然而,眼前在3mm波段,海內(nèi)所用的振蕩器多是波導(dǎo)構(gòu)造,其體積大,分量大,在彈載、星載和機(jī)載平臺上有很多局限,因而,停滯體積更小,分量更輕,易于集成的微帶集成振蕩器很有多余。白文運(yùn)用雪崩二極管,采取混合集成的形式設(shè)計(jì)出效率為95GHz的微帶集成振蕩器。1、雪崩管振蕩器振蕩的根本原理
雪崩二極管是碰撞雪崩渡越工夫(impactava-lancheandtransittime,IMPATT)二極管的簡稱。當(dāng)聯(lián)接適當(dāng)?shù)耐馔窌r(shí),能夠利用管內(nèi)雪崩直流電滯后效應(yīng)和渡越工夫效應(yīng)使其出現(xiàn)負(fù)阻而失掉微波振蕩。圖1是雪崩二極管振蕩器等效通路圖,圖中,
Yd=Gd+jBd,為二極管的輸出導(dǎo)納;
Yl=Gl+jBl,為負(fù)載的輸出導(dǎo)納;
Гd為二極管的反照系數(shù);
Гl為負(fù)載的反照系數(shù)。
雪崩二極管振蕩器是單端口負(fù)阻振蕩器,在穩(wěn)固振蕩狀態(tài)下,應(yīng)滿足振幅失調(diào)條件和相位失調(diào)條件:
Gd+Gl=0,Bd+Bl=0
圖1 IMPATT二極管振蕩器原理圖
因?yàn)檎袷幤魍ǔＷ鳂I(yè)在大信號狀態(tài),振蕩器負(fù)導(dǎo)Gd在起振后有所升高,因而設(shè)計(jì)時(shí)正常取-Gd≥1.2Gl,以保障振蕩器易于起振。2、雪崩二極管阻抗劃算
白文所采納的雪崩二極管除非與自身阻抗無關(guān)外還與其封裝參數(shù)無關(guān),依據(jù)圖1提供的雪崩管一階非線性模子用ADS劃算失去管芯阻抗。
圖2 雪崩管一階非線性通路模子
廠家提供的各全體封裝參數(shù)為:管芯庫容Cd=0.2PF;封裝電感LS=0.08nH;封裝庫容CP=0.1pF。采納串聯(lián)內(nèi)容的封裝通路經(jīng)過c言語編程劃算失去雪崩二極管的阻抗。劃算得雪崩二極管阻抗在效率為95GHz時(shí)實(shí)部約為-12Ω,虛部大概為-70Ω。3、外通路的設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化3.1、諧振器及隔直安裝的設(shè)計(jì)
白文選取半跨度的開路微帶線作為諧振器,依據(jù)負(fù)阻振蕩器振蕩實(shí)踐,務(wù)求設(shè)計(jì)的外通路的阻抗?jié)M足振幅失調(diào)條件和相位失調(diào)條件。HFSS三維仿真圖形及仿真優(yōu)化后果如圖3所示。
圖3 半跨度矩形微帶諧振器
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