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如何进行谐波发生器的设计

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标签:倍频器(41)发生器(302)二极管(1552)
  本文介绍了阶跃恢复二极管的非线性特性及其等效模型,谐波发生器的工作原理、电路组成、电路基本参数的计算方法,给出了激励频率为 1GHz 谐波发生器的测试数据。

  谐波发生器是一种输入一个射频信号就能产生丰富谐波的器件,是电子领域中常用的一种非线性元件。它利用足够大的功率推动阶跃恢复二极管(Step recovery diode,SRD,简称阶跃管)以产生各次谐波并满足一定的输出功率要求。在实际应用中可根据需要选择单个或多个谐波分量,或者通过电子开关在多个谐波分量间切换输出。它在微波技术领域有着广泛的应用,经常用于高次倍频器、频率计数器、矢量网络分析仪、取样示波器、频率合成器以及电子战设备中。

  阶跃管的电压电容特性曲线如图 1 所示,它表示阶跃管相当于一个电容开关。二极管正向偏置时的大电容状态及反向偏置时的小电容状态相对应的 这两个状态,使人们能把阶跃恢复二极管看作简单的、高效的、可控制电荷的开关。

  阶跃管的特性参量主要有以下几个:

  1)阶跃时间 tt,是指反向电流从 80%降低到 20%所用的时间。tt 越小,电流跃变速度越大,形成的脉冲越窄,输出的谐波分量越丰富。阶跃时间 tt决定了输出频率的最大值,要求 tt《1/fn。

  2)少子寿命 η,在阶跃管的特性参数中少子寿命是比较重要的指标,少子寿命越长则阶跃时间越长,产生的脉冲宽度大。如果少子寿命越短则阶跃时间越短,导致产生的脉冲幅度越小。它决定正向电荷存储期间出现的损失,要求 η》10/ωi。

  3)动态电阻 Rs(即串联损耗电阻),是指正向的某个稳定状态下阶跃管上的电压微小增量和电流微小增量之比。选择 Rs尽可能小的阶跃管,以使在阶跃管输入电阻的损失减至最小,一般 Rs 值为 0.5~5Ω 之间。

  4)反向结电容 Cj,随 PN 结上所加电压改变。正向时电容值很大,反向时 Cj 很小。在输出频率 fn 上应有 Rs «1/2πfnCj。在手册中一般给出一定频率和一定偏压时 Cj 的测量值,Cj 一般定义为-6V 偏压下的电容值。

  5)击穿电压 VB,它决定了脉冲幅度和允许的最大输入电压。因为 Po∝VB²,可以通过提高 VB 来达到较大的输出功率,但过大会影响截止频率,一般 VB在 15~30V 之间。

  6)正向电流 If ,在给定的正向偏压下,正向电流幅度越大,产生的正向储存电荷越多,反向脉冲电流越大,输出功率也增加。

  7)最大耗散功率 PDmax,它决定最大输入功率。PDmax、VB 和 If 特性参量一起决定了阶跃管允许的最大输入功率和输出功率。


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