【正文】 的主振頻率。為了解決固態(tài)發(fā)信機中高的穩(wěn)定度和高的輸出頻率之間的矛盾，常在主振級和輸出級間采用多次倍頻的技術(shù)。在電子對抗中需要寬頻帶的干擾和反干擾收、發(fā)設(shè)備，若用一個振蕩器難以使它覆蓋一個倍頻程的頻段，而采用倍頻方式卻能做到一個或多個倍頻程的工作帶寬。c)對于調(diào)相或調(diào)頻發(fā)射機，利用倍頻器可以加深調(diào)制度，以獲得大的相移或頻移。e)利用倍頻，可以制成毫米波、亞毫米波固態(tài)源，它們在射電天文、毫米波通信、雷達、軍事偵察、監(jiān)視、制導(dǎo)等方面得到廣泛的應(yīng)用。單級倍頻次數(shù)通常不超過5。它的倍頻效率較高(二極管二倍頻效率在50%以上，三倍頻可達40%)，輸出功率較大。如需高次倍頻，必須做成多級倍頻鏈，使其中每一級仍為低次倍頻。單級倍頻次數(shù)可達10~20以上，倍頻器件使用階躍管，在高次倍頻時，其倍頻效率約為1/n，n為倍頻次數(shù)。倍頻器按其工作原理又可分為兩大類：一種是非線性電阻倍頻。另一種非線性電抗倍頻，亦稱為“參量倍頻”。其二是利用非線性電感構(gòu)成的倍頻器。對各種倍頻類型的倍頻器進行綜合比較如下:1)、非線性電阻元件倍頻器會帶來能量損耗，所以倍頻效率較低，尤其進行高次倍頻時，轉(zhuǎn)換效率會明顯下降。2)、非線性電抗元件倍頻，能使倍頻效率提高，特別是有利于高次倍頻。實際上，變?nèi)莨芸偸谴嬖趽p耗電阻的，倍頻效率不可能達到100%，但由于它的倍頻電阻很小，仍然可以獲得較高的倍頻效率。4)、其他新型器件的倍頻器，如二極管高功率倍頻器、共振隧道效應(yīng)二極管倍頻器、準(zhǔn)光倍頻器，但這些倍頻器應(yīng)用不多。電阻非線性則電阻可變，即直流電流與電壓之間具有非線性靜態(tài)關(guān)系，例如PN結(jié)就呈現(xiàn)這種特性，雙極晶體管和砷化嫁場效應(yīng)晶體管 GaAsFET也均可用作非線性電阻微波倍頻器件。二者的根本機理都是電荷與電壓的非線性關(guān)系。一般其倍頻實現(xiàn)途徑有以下7種方法:用二極管PN結(jié)的靜態(tài)非線性V一I關(guān)系，即非線性電阻產(chǎn)生諧波。用階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生諧波，做高次倍頻。用 GaAsFET管得到具有增益的倍頻器。振蕩器被注入鎖定在基準(zhǔn)頻率的N次諧波上，實現(xiàn)倍頻。在三端非線性電阻倍頻器中，把輸出電路調(diào)諧在輸入頻率的N 次諧波時，可實現(xiàn)有增益的倍頻。并且由于采用FET器件倍頻，利用非線性電阻產(chǎn)生諧波，單向性及隔離度好，放大級數(shù)少，且有增益，同時提供較高的效率和較寬的工作頻率，對輸入功率要求較低，減小了設(shè)備體積。利用二極管實現(xiàn)的倍頻器件本身不產(chǎn)生額外能量(無源的)，僅僅是把輸入信號能量的一部分轉(zhuǎn)化成所需頻率的信號能量輸出，因此其倍頻效率是極低的，存在著較大的倍頻損耗，并且需要較高的輸入功率電平。與無源倍頻器相比，有源倍頻器的優(yōu)點是不需要空閑電路，輸入功率要求低，倍頻損耗比較小，倍頻效率高，工作頻段較寬，溫度穩(wěn)定性好，可以產(chǎn)生倍頻增益。與無源倍頻電路相比，有源倍頻電路具有很大的優(yōu)勢，這也就使得其更加適合于現(xiàn)代小型的超高速集成電路和微波毫米波集成電路的發(fā)展趨勢。本設(shè)計方法基于容易獲得的場效應(yīng)管S 參數(shù)和FET大信號模型, 在一定的約束條件下采用單向化設(shè)計, 實現(xiàn)輸入輸出的共扼匹配, 從而獲得最大的倍頻增益和對無用諧波分量的最大抑制度。該倍頻器由GaAs 管，基波匹配電路，輸出匹配電路，以及一個帶通濾波器組成?？梢酝ㄟ^改變電路參數(shù)來改變靜態(tài)工作點，這就可以設(shè)置靜態(tài)工作點。如圖2示出了FET倍頻器電路，其中的FET是理想的。該電路輸出諧振電路要調(diào) 圖2 理想FET倍頻器諧于激勵頻率的第n階諧波，除了輸出頻率外，在其它所有諧波和基波上漏極是處于短路狀態(tài)的。為了獲得高效率和大輸出功率，漏電壓必須在Vmax和Vmin之間變化，Vmin是柵極電壓為最大值Vgmax時的漏極I/V曲線膝點處的漏極電壓值。漏極電流峰值為Imax，電流脈沖持續(xù)時間為t。=0的點所對應(yīng)的電流為大，則電流的傅氏級數(shù)表達式中僅含余弦項: （21）當(dāng)N1時，系數(shù)為: （22）當(dāng)N=O時: （23）如果，則式與n無關(guān)，因此： （24）用于產(chǎn)生諧波頻率的FET器件存在幾種非線性：接近夾斷點的跨導(dǎo)，接近夾斷點的輸出電導(dǎo)，肖特基柵極的整流特性和再柵極以及漏極之間的類變?nèi)莨?。因此必須是工作點位于飽和區(qū)。根據(jù)常用表格得到導(dǎo)通角即可確定 。阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。在純電阻電路中，當(dāng)負載電阻等于激勵源內(nèi)阻時，則輸出功率為最大，這種工作狀態(tài)稱為匹配，否則稱為失配。 負載阻抗等于信源內(nèi)阻抗，即它們的模與輻角分別相等，這時在負載阻抗上可以得到無失真的電壓傳輸。 負載阻抗等于信源內(nèi)阻抗的共軛值，即它們的模相等而輻角之和為零。這種匹配條件稱為共軛匹配。當(dāng)激勵源內(nèi)阻抗和負載阻抗含有電抗成份時，為使負載得到最大功率，負載阻抗與內(nèi)阻必須滿足共扼關(guān)系，即電阻成份相等，電抗成份絕對值相等而符號相反。在信號源給定的情況下，輸出功率取決于負載電阻與信號源內(nèi)阻之比K，當(dāng)兩者相等，即K=1時，輸出功率最大。由于高頻功率放大器工作于非線性狀態(tài)，所以線性電路和阻抗匹配（即：負載阻抗與電源內(nèi)阻相等）這一概念不能適用于它。因此輸出電阻不是常數(shù)。因此，高頻功率放大的阻抗匹配概念是：在給定的電路條件下，改變負載回路的可調(diào)元件，使電子器件送出額定的輸出功率至負載。為什么要阻抗匹配?簡而言之．是因為傳輸線在特征阻抗變化的地方(如信號線寬變化、換層)會發(fā)生反射。只要負載阻抗的大小不等于特征阻抗的大小，就會發(fā)射信號反射，稱之為阻抗控制失配現(xiàn)象。事實上當(dāng)布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會導(dǎo)致此類反射。當(dāng)時，傳輸線的阻抗是連續(xù)的，不會發(fā)生任何反射。傳輸線阻抗分為2種：微帶線(microstrip)和帶狀線(stripline)。帶狀線阻抗近似計算公式：（27）其中：z為帶狀線的阻抗，為電介質(zhì)的介電常數(shù)；t為傳輸線的厚度(1 OZ= 1．5 mil)；為傳輸線的寬度(mil)；h為電介質(zhì)絕緣層的厚度(mil)；b為兩地層(GND)間的距離(mil)。倍頻器輸入電路應(yīng)在基頻上與器件匹配，以保證輸入信號源向器件提供最大輸入功率。輸出匹配設(shè)計：使輸出阻抗與負載阻抗在需要的諧波頻率處共軛匹配。即通過對輸入輸出的共軛匹配，來獲得最大的倍頻增益和對無用諧波分量的最大抑制度。 濾波器微波濾波器的結(jié)構(gòu)類型繁多，設(shè)計方法各異，但適合微帶結(jié)構(gòu)的微波濾波器并不太多，這是因為，微帶結(jié)構(gòu)是個平面電路，中心導(dǎo)帶必須制作在一個平面基片上，這樣所有的具有串聯(lián)短截線的濾波器都不能用微帶結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。所以由于微帶線本身的局限性，適合微帶結(jié)構(gòu)的帶通濾波器結(jié)構(gòu)不是太多，可用作微帶線帶通濾波器的主要電路結(jié)構(gòu)如圖4所示：圖5 幾種常見的微帶帶通濾波電路結(jié)構(gòu)形式圖5中(a)所示的電容間隙耦合濾波器，它的帶寬較窄，在微波低端顯得太長，不夠緊湊，在 2GHz以上有輻射損耗，一般很少采用這種結(jié)構(gòu)。但其在微波低端，顯得過長，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，在頻段較寬時，耦合間隙較小，實現(xiàn)比較困難。這種濾波器由于容易激起表面波，性能不夠理想，故常把它與耦合線振蕩器混合來用，以防止表面波的直接禍合。上圖(d)所示的1/4波長短路短截線濾波器和上圖(e)所示的半波長開路短截線濾波器，兩者通帶特性相差不多，但阻帶特性卻大不一樣。這種濾波器是個寬帶濾波器，帶寬約為一個倍頻程。濾波器的技術(shù)指標(biāo)通常有以下幾項：1)截止頻率：對于低通和高通濾波器而言，一般指衰減增加到某一確定的值時的頻率，如增加3dB時的角頻率，也就是通過濾波器的能量衰減50％時對應(yīng)的角頻率，它處于通帶和阻帶過渡的區(qū)域，稱為3dB截止頻率；2)頻率范圍和帶寬BW：對于帶通和帶阻濾波器而言，也指衰減加大到某一確定值時的頻率范圍，如稱為3dB通帶帶寬或3dB阻帶帶寬；3)通帶內(nèi)最大衰減：由于理想濾波器帶內(nèi)衰減為零不可能實現(xiàn)，一般可規(guī)定通帶內(nèi)最大衰減不能超過，它包括濾波器的吸收衰減和反射衰減，其數(shù)值越小性能越好。另一方面要求通帶和阻帶之間的衰減的變化盡可能快，最好是陡峭的跳變，使阻帶和通帶的分隔十分明顯。微帶濾波器的設(shè)計方法一般是采用原型電路綜合設(shè)計法，其主要有如下幾個設(shè)計步驟:使用綜合設(shè)計技術(shù)，按所希望的通帶特性來設(shè)計原型低通濾波器。目前最常用的綜合設(shè)計法為最大平坦度設(shè)計法和契比雪夫設(shè)計法。通過原型網(wǎng)絡(luò)頻率變換，將低通原型濾波器變換為高通、帶通和帶阻濾波器形式。在進行具體濾波器設(shè)計時，不必每次進行計算，而只需要根據(jù)一定的變換關(guān)系把原型電路參數(shù)轉(zhuǎn)化為實際濾波器的元件值，即具體實現(xiàn)了微波濾波器。對于帶通濾波器，其濾波元件已經(jīng)不是L或C，而是諧振元件(相應(yīng)于集中參數(shù)的L、C并聯(lián)或串聯(lián)諧振電路)。應(yīng)用倒置轉(zhuǎn)換器可以將串并聯(lián)混合電路轉(zhuǎn)