《三毫米波微带集成谐波振荡器研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三毫米波微带集成谐波振荡器研究（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要学科专业：电磁场与微波技术论文题目：三毫米波微带集成谐波振荡器研究硕上生：代文亮导师：樊勇I 根捌实验室相关课题的需要，本文丌展了二二毫米波( W 波段) 微带集成G u n n 谐波振荡器的研究。广一可。本文首先对微带径向传输线的电磁特性进行了分析，包括各种传输模式、特性阻抗及微带径向传输线谐振器的工作模式。在分析振荡器的攮本l作原理之后，本文根据“谐波提取技术”的思想，在浩波振荡器巾对琏波和谐波振荡条件与相互关系分别进行了分析， ：根据G u n n：极管的等效电路参数，刘潴波振荡的电路进行了优化分析，得；l5 微带径向谐振器的尺寸。然后利川C A D 软件进行优化得f I ；微带低通
2、滤波器、带通滤波器，同时也刈缝耦合及渐变线进f ? 分析。最后对微带到波导的过渡形式进行了探讨，经过分析比较，本文采用余弦平方函数形式的对极鳍线过渡。研制完成的二毫米波微带集成谐波振荡器，其输出功率为0 5 l m W ，其输f l 频率为1 0 4 9 G H z 。炎踺词：毫米波微带集成、径向传输线、谐波提取( ；u n n 二极管、对极鳇线A B S T R A C TT h ed e s i g no ft h em i c r o s t r i pi n t e g r a t e dG u n no s c i l l a t o ra tW b a n di Sd e v e
3、l o p e da n dt h ep e r f o r m a n c ei Se v a l u a t e d F i r s to fa 1 1 w ea n a l y z et h ec h a r a c t e ro ft h er a d i a lt r a n s m i s s i o nl i n e A c c o r d i n gt ot h eb o u n d a r yc o n d i t i o n w ec a l c u l a t e t h ei m p e d a n c ei nt h ei n n e rr a d i a l w h
4、 i c hi St r a n s f e r r e df r o mt h el o a di m p e d a n c et h r o u g ht h er a d i a lt r a n s m i s s i o nl i n e A t i e rt h ep r i n c i p l eo fh a r m o n i co s c i l l a t o ri se x p a t i a t e d ，t h r o u g ht h ei d e aa b o u t h a r m o n i cf r e q u e n c ye x t r a c t i
5、 o n ，t h ep a r a m e t e r so fG u n nd i o d ea r eu s e dt od e c i d et h ed i m e n s i o no fm i c r o s t r i pr e s o n a t o rw i t ht h ei m p e d a n c ei nt h ei l i n e rr a d i a l A st ot h ef u n d a m e n t a lf r e q u e n c ya n dt h eh a r m o n i cf r e q u e n c y t h ed i m e
6、 n s i o no ft h em i c r o s t r i pr e s o n a t o rc a pi sc a l c u l a t e dr e s p e c t i v e l y T h e n ，t h ed i m e n s i o no ft h er e s o n a t o rc a nb es e l e c t e da f t e rb o t ho ft h et h e mc a nw o r kn o r m a l l yu n d e rt h es a m ed i m e n s i o n A tl a s t ，r e l y
7、 i n go nt h eE e s o et h el o wp a s sf i l t e ra n db a n dp a s sf i l t e ra r ed e v e l o p e d T h ea n t i p o l e f i n l i n et r a n s i t i o ni Su s e di no r d e rt ot e s tc o n v e n i e n t l y T h ee x p e r i m e n t si d e n t i f yt h a tt h ec i r c u i ts t r u c t u r e sa
8、r er e a s o n a b l e T h ep o w e ro ft h eo u t p u ti Sa b o u t0 5lm Wa n dt h ef r e q u e n c yi Sa b o u t1 0 4 5 5G H z K e yw o r d s ：m i l l i m e t e r - w a v e ，m i c r o s t r i pi n t e g r a t e dG u n no s c i l l a t o r , r a d i a lt r a n s m i s s i o nl i n e ，h a r m o n i
9、cf r e q u e n c ye x t r a c t i o n ，G u n nd i o d e ，a n t i p o I e 一矗n H n e第一章引言毫米波通常是指波长介于l 至1 0 毫米的电磁波，它所刈应的频：红池为3 0 0 3 0 G H z 。毫米波技术的发展经历了段落兴哀的历程。在小I H ： d5 0年代，毫米波技术有所发展，但由于工艺、材料和技术方面的困难及认识卜的限制，其发展速度比微波技术慢。特别是本世纪6 0 年代，由丁激光和纠外技术的飞速发展，同时，毫米波长距离通信又受到新兴光纤技术的严重挑战，圳此，使得毫米波技术的研究又一度处十低潮。山f 红外和
10、光系统固有的局限性，特别是它们在穿透烟尘、云雾等恶劣、境和夜问L ：作的局限性，再加上微波频谱也已非常拥挤，毫米波本身许多天键技术的突破都导致了毫米波技术的快速发展。毫米波的波长短、没箭1 本 j 卟、霞星轻、机动性好、又由其波束窄，低副瓣、抗干扰、有较大的多烀早J J 频移，从而破广泛应用在精确制导、电予对抗、直升机防撞雷达、皂米波通信系统m t 。毫米波振荡器作为毫米波系统的个关键部件之，它二E 要山有源器件、谐振凹路、耦合输出，以及滤波电路四大部分组成，通常波导结构采川帽盘结构，m 其直径大小、厚度来调整谐振频率，通过短路活塞来调整其输出功率。据文献 1 】报道采用该结构输出频率在9 3
11、 8 G H z 时可达到4 0 r o W 。 “皂米波振荡器的主要方法仍采用波导技术，它在高频有其嘲定的优点，【! | 】低插损、高功率、良好的滤波、频谱好、Q 值高，但由J 其体积人、l Iz 巩化n I lI 难、重复性差、难以批量：l i 产。随着J J u _ I ：艺的改进，毫米波微带鳍线等，F 面、准、F 回传输线很便j f I动化加J 一，即使用户有苛刻的几何形状和尺i j 要求，微带仍能满足。为兜服波甘结构有缺点相应就出现毫米波集成电路，包括混和集成I U 蹿l I M I C删r p 片微波集成乜路M M I C 。微波、毫米波集成f 乜路具有自身优点：1 、r J 传统
12、波导部件相比大大减小了尺i J + 和晕虽：2 、当f j 微带这样的传输媒质进行设计时，一个相当复杂f r j f U 蹄J 通j 旦光刻技术以低的成本来进行生产；3 、最后，混合集成电路便于与单片集成电路M M I C 的系统集成。混合集成振荡器主要包括有鳍线振荡器、介质镜像线振荡器、悬酉微带振荡器和标准微带振荡器( 径向线结构、矩形盘结构) 以及介质谐振器微带o U 子科技大学颂十论文二零零一年一月第2 页J t E 4 | 贝集成振荡器。径向线微带振荡器的0 值比矩形谐振器高，其输出频谱比矩形盘振荡器输i J 3 的好，故本文采用径向线谐振器来开展微带集成谐波振荡的研究。采用G u n
13、 n 二极管研制的微带集成振荡器的指标都不高，谐波振荡器指标都不高，1 9 8 9 年M T T 上报道的功率1 5 “w ，1 9 8 9 年欧洲微波会议报道J o h nO n d r i a t 2 I 研制的w 波段石英基片微带振荡器的功率也仅为O 5 m W 。本文利用微带径向线作为谐振器来研制G u n n 二极管谐波振荡器。在第：二章中对微带径向传输线的电磁特性进行分析，第三章对毫米波固态振荡器理论进行了阐述；在第四章中对毫米波微带集成谐波振荡器进行了分析与探讨；在第五章中对毫米波微带集成振荡器进行了优化设计。实验结果表明，该结构设计合理，其输出功率达到了0 5 l m W 输出
14、频率为1 0 4 5 5 G H z 。电子科技大学硕 论文零零一年一月第3 页J 女4 I 页第二章微带径向传输线的电磁特性分析本课题采用微带径向线谐振电路，要使振荡回路产生稳定的振荡弗有较大功率输山，必须适当选取径向线的尺寸，因此有必要对径向线电磁特性进行分析，为本文的研究工作提供相应的理论依据。2 1 微带径向传输线的传输模式钨t 廖图2 - Ia 输入在外半径的径向传输线b 输入在内半径的径向传输线径向传输线是由两个平行的圆形导电板构成，两板间用介质分隔开。这种波导是用来引导电磁波使其沿径向传播如图2 1 。这种波导所能导行的最简单的波是沿周界或沿轴没有场的变化的波，不存在径向的场分量
15、，而只有场分量E z 和H 。在z 方向没有变化的场分量E z对应于两板之间的总电压E z d ，分量H 对应于总的径向电流2 石rH ，该电流的方向在一板中是向外的，而在另一板中是向内的，这种波恰好与通常的传输线波相似。在圆柱形的结构中，如在圆形截面的波导，波的分量用圆柱坐标系表示最方便，亥姆霍兹方程V 二E 萨- K ：E z 中的二维拉普拉斯算符V 知在柱而坐标系中可写成：V V 二E z 一等弓警+ 专等旺z 因而有：等七警+ 专等一一啪2zz - 2 ，对于这个偏微分方程，我们可以代入一个假定的乘积解，并试图将变数分离，以便得出两个常微分方程。假设E z = R F 式中R 只是r
16、的函数，F 只是西的函数。U 严科技凡学坝l + 论史零零年一乃第4 虬缺4 l 口J ( 22 2 ) 即叫写成： R ”竽+ 等咄将变数分离，得： 南和，= 鲁方程的左边只是r 的函数，右边只是西的函数囱值都相等，两边必须都等于常数。设这一常数为个常微分方程： 兰：。z R( 2 , 2 3 )( 2 2 4 )如果两边对r 和西的所y2 ，那么将有下曲的两f 2 2 5 )和r 2 百+ r R + + K ：r 2 = y2 ( 22 6 )或R ”+ ! R 十( K ：乓) R = o( 2 2 7 ) ，r方程( 2 2 - 5 ) 的解答是正弦函数，方程( 2 2 7 ) 的的解可以用y 阶的贝塞尔函数写出。由于横电波( H 波) 的H z 满足和式( 2 2 2 ) 同样的方程，H z 的解答将仍是同样的形式。那么，如果省略砂玎f _ w ，我们有J1 M 波，E z = RF 西(
