3mm波雪崩管集成振蕩器設計(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。經過對雪崩管振蕩器的實踐綜合,利用通路設計硬件ADS與三維仿真硬件HFSS仿真優化,設計出了效率為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,準確制導,雷達上面寬泛運用。然而,眼前在3mm波段,海內所用的振蕩器多是波導構造,其體積大,分量大,在彈載、星載和機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。白文運用雪崩二極管,采取混合集成的形式設計出效率為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。當聯接適當的外通路時,能夠利用管內雪崩直流電滯后效應和渡越工夫效應使其出現負阻而失掉微波振蕩。圖1是雪崩二極管振蕩器等效通路圖,圖中,
Yd=Gd+jBd,為二極管的輸出導納;
Yl=Gl+jBl,為負載的輸出導納;
Гd為二極管的反照系數;
Гl為負載的反照系數。
雪崩二極管振蕩器是單端口負阻振蕩器,在穩固振蕩狀態下,應滿足振幅失調條件和相位失調條件:
Gd+Gl=0,Bd+Bl=0
圖1 IMPATT二極管振蕩器原理圖
因為振蕩器通常作業在大信號狀態,振蕩器負導Gd在起振后有所升高,因而設計時正常取-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外還與其封裝參數無關,依據圖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。采納串聯內容的封裝通路經過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時實部約為-12Ω,虛部大概為-70Ω。3、外通路的設計與仿真優化3.1、諧振器及隔直安裝的設計
白文選取半跨度的開路微帶線作為諧振器,依據負阻振蕩器振蕩實踐,務求設計的外通路的阻抗滿足振幅失調條件和相位失調條件。HFSS三維仿真圖形及仿真優化后果如圖3所示。
圖3 半跨度矩形微帶諧振器
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