微波电子线路大作业 3

发布 2022-08-30 21:57:28 阅读 1518

班级:020914

学号:02091400

姓名:袁宁。

一、 pin管微波开关。

pin管在正反向偏置下的不同阻抗特性可用来控制电路的通断,组成开关电路。pin管开关电路按功能分为两种:一种是通断开关,如蛋刀单掷开关,作用只是简单的控制传输系统中微波信号的通断;另一种是转换开关,如单刀双掷、单刀多掷开关,作用是使信号在两个或多个传输系统中转换。

若按pin管与传输线的连接方式,可分为串联型、并联型一级串/并联型三种;从开关结构形式出发,可分为反射式开关、谐振式开关、滤波器型开关、阵列式开关等。

1.单刀单掷开关。

1)开关的正反衰减比。

下图为单管串联型和并联型开关的原理图及其微波等效电路图。图中分别为pin管的等效阻抗和等效导纳,分别为传输线的特性阻抗和特性导纳,a、b分别为网络的归一化入射波和反射波。

a)串联型原理图;(b)串联型等效电路;(c)并联型原理图;(d)并联型等效电路。

设开关输入端信号源的资用功率为,输出端负载吸收功率为。则定义开关的衰减l为。

若开关网络用散射s参量来表征,且假设开关插入在匹配信号源和匹配负载之间,则上式化为。

2)基本原理。

如果pin管正、反偏时分别为理想短路和开路,则对上图(a)的串联型开关来说,pin管理想短路时,开关电路理想导通;pin管理想开路时,开关理想断开。对(c)图的并联型开关来说,情况相反,pin管短路,对应开关断开;pin管开路,对应开关导通。

由于封装参数的影响,对于单管开关无论是串联型还是并联型,都只能在固定的某几个较窄的频率区间有开关作用,而实际的工作频率常常不在这些区域。为了扩展开关的工作模区,改善开关性能,有的直接把管芯做在微波集成电路上;也有采用改进的开关电路,其中常用的有谐振式开关、阵列式开关和滤波器型开关。

2.单刀双掷开关。

最普通但又最常用的单刀多掷开关是单刀双掷开关,它把信号来回换接到两个不同的设备上,形成交替工作的两条微波通路。其典型的例子是雷达天线收发开关,发射机和接收机共用一个天线,用一个单刀双掷开关来控制。

右图表示一并联型单刀双掷开关的原理图。管截止,或反之。并借助1/4波长线的阻抗变换作用,使输入信号全部从b或a中的一个端口输出,此端口为导通通道,同时另一端口为断开通道。

但是该单刀双掷开关需要两个偏压源,为节省偏压源,实际中常采用一个偏压源控制并联型单刀双掷开关电路(如下图),在此电路中,接在并联的枝节上。当都处于反偏时,b路接通;当都处于正偏时,a路接通。因此可共用一个偏压源。

3.开关时间和功率容量。

pin管用作开关时,其开关时间必须满足系统对开关速度的要求,为提高开关速度,应尽量减薄i层,使储存电荷减少。在这种情况下,开关时间基本上由载流子在i层的渡越时间决定,而与载流子寿命无关。但i层太薄,使二极管反向击穿电压减小,承受微波功率也减小,因此提高pin管开关速度受限于两项极限参数,即开关时间和功率容量。

1)开关时间。

右图表示pin管从正偏电流突然转向反偏时的情况。设正偏时i层储存的电荷为,当换成反偏时,i层储存的电荷一部分被反向电流吸出,另外一部分则继续复合,形成复合电流。显然,单位时间内层中电荷减少量等于单位时间内从i层流出的电荷量与复合电荷之和,即。

考虑到t=0时,,可解得。

假设时,电荷全部清除,即,当时,开关时间可近似表示为。

由此可见,当pin官给定后(已定),加大反向电流可使开关时间减少。所以应为pin管开关制作具有内阻小而又能输出大的反向偏压的专门驱动器。

2)功率容量。

当pin管导通时,功率容量的限制因素是最大允许的功耗,当pin管截止时,功率容量的限制因素是反向击穿电压。开关的功率容量是指开关所能承受的最大微波功率,它不仅与管子的功率容量有关,还与开关电路的类型(串联或并联)、工作状态(连续波工作或脉冲工作)及具体结构(散热性能)有关。

二、pin管电调衰减器和限幅器。

用电信号控制衰减量的衰减器称为电调衰减器。利用pin管正向电阻随偏置电流连续变化的特性,可以做成各种类型的电调衰减器。电调衰减器可用于振幅调制和稳幅系统。

1、环行器单管点调衰减器。

此电调衰减器的衰减由偏置电流来控制。偏置电流经过直流偏置电路加到二极管上。环行器的作用是使得输入电路能得到较好的匹配。这种单管电调衰减器的衰减量为。

式中:db定向耦合器型电调衰减器。

下图为微带型3db定向耦合器型电调衰减器的结构示意图和等效电路图。

当,端输出的功率为0,由此便构成电调衰减器。这种衰减器由于有1/4波长线段,因而只能工作在窄频带。设两只pin管的特性相同。、端的反射系数为。

衰减器衰减量为:

式中:3、吸收阵列式衰减器。

为了使系统频带展宽、衰减量的动态范围增大及能承受较大的功率,可采用多个并接在传输线上的pin管,管间相互间隔为1/4波长的阵列衰减器。加正向偏置的pin管等效为正向电阻,随着管子正向偏电流的改变,各电阻阻值发生变化,故为一个电调衰减器。

工程中通常采用多节级联。由于输入驻波比主要取决于前面几个单节,因此在实际应用中,一般仅把三个管子的正向电阻形成渐变分布,而后面的管子则按等元件阵排列。

4、pin管限幅器。

电调衰减器是利用外加偏置电流来控制其衰减量的,所以有时称之为控衰减器。某些情况下,要求微波信号通过控制电流时能自动控制电路的衰减。利用pin管在零偏加微波信号时的阻抗特性,可实现此目的。

因此零偏pin管常作为雷达接收机高放、混频前的限幅器。当微波信号超过某一电平时,由于pin管阻抗显著变小而使通过pin管的衰减量显著增大,从而限制输出功率在一定电平以下。

三、 pin管熟悉移相器(调相器)

1、 开关线型移相器。

利用pin管的单刀双掷开关,使微波信号从两条电长度不同的传输线通过后,可以得到两种不同的相移量,根据这个原理做成的移相器成为开关线型移相器。实际上它是一段可开关的传输线。

2、加载线型移相器。

加载线型移相器通常作为数字式移相器的小移相位,例如作为移相位。若要用于较大的移相位时,例如作90移相器,则可以用两个45移相器级联起来。为缩小体积,常把两个中间的并联传输线合并为一,成为三个分支加载线型移相器。

对于180移相位,一般不采用加载线型移相器,而采用定向耦合器型移相器。

3、定向耦合器型移相器。

定向耦合器型移相器有时又称反射型移相器。其原始形式为一环行器。信号从环行器1端输入,至2端经pin管反射后到3端输出。

控制pin管的电抗,就能改变输出信号对输入信号之间的相移,但由于环行器**昂贵,体积、重量大,且环行器的隔离度不良将造成相位误差,因而目前常采用3db定向耦合器型移相器。

4、四位数字移相器。

数字移相器是由若干单元移相器级联组成的,每个单元移相器构成数字移相器的一个位。目前应用最多的是由四个单元移相器组成的四位数字移相器。

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