第十章

微波控制器件

內(nèi)容提綱–“2W3H”What?(Whatisthis?)微波開關(guān)的定義

Why?(Whyneedit?)微波開關(guān)的功能Howtorealizeit?實現(xiàn)微波開關(guān)的元件Howaboutit?微波開關(guān)的性能指標(biāo)Howtoimproveit?2021,AymanEltaliawy;JohnR.Long,TMTT，

ABroadband,mm-WaveSPSTSwitchWithMinimum50-dBIsolationin45-nmSOI-CMOS10.1微波開關(guān)WhatandWhy——按功能分通斷開關(guān)，如單刀單擲（SPST）開關(guān)，其作用是控制傳輸系統(tǒng)中微波信號的通斷；

典型應(yīng)用：微波信號源用的脈沖調(diào)制器轉(zhuǎn)換開關(guān)，如單刀雙擲（SPDT）開關(guān)。

典型應(yīng)用：雷達(dá)發(fā)射機和接收機共用天線的收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)（T/R），以及雷達(dá)多波束的轉(zhuǎn)換控制按電路形式分串聯(lián)型開關(guān)、并聯(lián)型開關(guān)、串/并聯(lián)型開關(guān)；按電路性能分反射式開關(guān)、諧振式開關(guān)、濾波器式開關(guān)、陣列式開關(guān)。10.1微波開關(guān)PIN二極管

Howtorealizeit-實現(xiàn)微波開關(guān)的元件圖10-1(c)PIN管正向?qū)ǖ刃щ娐?0.1微波開關(guān)場效應(yīng)管工作原理：利用場效應(yīng)管的特性，即電場效應(yīng)，控制其漏極電流的大小。以金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MESFET）為例，MESFET具有源極、漏極和柵極，柵極與溝道之間通過金屬-半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢壘。調(diào)控其柵極電壓，可以控制溝道中載流子的流動。當(dāng)柵極電壓反偏，柵極-溝道間的勢壘增加，減少溝道中的電流流動直至阻斷，開關(guān)斷開。柵極電壓正偏，越過閾值電壓時，溝道中有電流通過，開關(guān)導(dǎo)通。圖10-4MESFET等效電路Howtorealizeit-實現(xiàn)微波開關(guān)的元件10.1微波開關(guān)承上

What——控制微波信號通斷或轉(zhuǎn)換的電路；

Why——實現(xiàn)微波信號的特殊處理；

Howaboutit——

電性能（響應(yīng)速度）；非電性能。

Howtorealizeit——微波控制電路所用元件PIN管、FET管的特性：零偏壓及反向偏壓——勢壘電場/電容，呈高阻態(tài)；正向偏壓——低阻導(dǎo)通態(tài)，阻值隨偏置電流增大而減少10.1微波開關(guān)啟下What?(Whatisthis?)Why?(Whyneedit?)微波開關(guān)的定義與分類Howtorealizeit?實現(xiàn)微波開關(guān)的元件Howaboutit?微波開關(guān)的性能指標(biāo)Howtoimproveit?如何改進(jìn)微波開關(guān)2021,GuangxuShen,etal.,TMTT，

AnalyticalDesignofMillimeter-Wave100-nmGaN-on-SiMMICSwitchesUsingFET-BasedResonatorsandCouplingMatrixMethod.10.1微波開關(guān)主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻率承載功率插入損耗（InsertionLoss）隔離度（Isolation）駐波比串?dāng)_（Crosstalk）重復(fù)率使用壽命頻率范圍：高至65GHz，范圍廣。最大功率：開關(guān)承載功率的能力，與設(shè)計及使用的材料密切相關(guān)。插入損耗：信號在開關(guān)板卡或系統(tǒng)傳輸時的衰減。隔離度：開關(guān)在“斷”態(tài)傳輸?shù)截?fù)載上的功率與開關(guān)在“通”態(tài)傳輸?shù)截?fù)載上的功率之比。電壓駐波比：信號路徑上駐波的最大電壓幅值與最小電壓幅值之比。駐波比越大，反射功率越高，傳輸效率越低。串?dāng)_：不同通道上傳輸?shù)男盘栔g或通道上信號與輸出信號之間產(chǎn)生的電容耦合、電感耦合或者電磁輻射。重復(fù)率：微波開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)經(jīng)長期反復(fù)使用之后變化的度量。使用壽命：開關(guān)移到另一個位置再返回原位置的最大次數(shù)。Howaboutit-開關(guān)主要技術(shù)指標(biāo)

10.1微波開關(guān)

10.1微波開關(guān)Howaboutit-開關(guān)主要技術(shù)指標(biāo)

圖10-1(a)PIN管串聯(lián)型等效電路圖10-1(b)PIN管并聯(lián)型等效電路10.1微波開關(guān)Howaboutit-開關(guān)主要技術(shù)指標(biāo)

圖10-3并聯(lián)型單刀雙擲開關(guān)等效電路并聯(lián)型單刀雙擲開關(guān)電路分析外加調(diào)節(jié)電容和調(diào)節(jié)電感對PIN二極管的寄生參量進(jìn)行補償設(shè)計成立條件：使用的相對頻寬<10%正向偏置狀態(tài)：Cp及L的影響可以忽略

令調(diào)節(jié)電容C和引線電感Ls串聯(lián)諧振反向偏置狀態(tài)：Ls的電抗遠(yuǎn)小于結(jié)電容Cj的容抗而可忽略，等效電路是C與L的并聯(lián)諧振10.1微波開關(guān)Howaboutit-開關(guān)主要技術(shù)指標(biāo)

圖10-3并聯(lián)型單刀雙擲開關(guān)等效電路

10.1微波開關(guān)Howaboutit-開關(guān)主要技術(shù)指標(biāo)

Howtoimproveit-改善開關(guān)特性的電路諧振式開關(guān)：即對給定的PIN管及指定的工作頻率，外加電抗元件與寄生元件調(diào)諧，使開關(guān)在PIN管正、反偏狀態(tài)下分別于指定頻率點產(chǎn)生串聯(lián)和并聯(lián)諧振（或反之）。缺點：相對帶寬較窄。多管單路開關(guān)：即采用多管單路形式以改善開關(guān)的性能。濾波器型開關(guān)：用PIN管代替濾波器元件就可構(gòu)成寬頻帶的開關(guān)。10.1微波開關(guān)PIN二極管

具有正向?qū)ǖ妥?、反向截止高阻的特性，可?yīng)用于開關(guān)器件中；但需要較大的偏置電流，開關(guān)速度較低，因此一般不用于對功耗敏感的應(yīng)用場景中，如移動通信設(shè)備。MEMS（微機電系統(tǒng)）具有低插損、高隔離度等優(yōu)點，可以與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容，具有良好的應(yīng)用前景；但由于高驅(qū)動電壓、特殊封裝、可靠性、成本等問題，制約了其發(fā)展。固態(tài)FET器件發(fā)展方向：降低成本、加快開關(guān)速度、降低驅(qū)動電壓發(fā)展驅(qū)動力：改進(jìn)工藝、提出新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、發(fā)展半導(dǎo)體材料技術(shù)微波開關(guān)還有哪些形式？10.1微波開關(guān)Howtoimproveit-微波開關(guān)設(shè)計創(chuàng)新探討內(nèi)容提綱–“2W3H”What?(Whatisthis?)微波電調(diào)移相器的定義

Why?(Whyneedit?)微波電調(diào)移相器的功能How?Howtorealizeit?實現(xiàn)微波電調(diào)移相器的元件Howaboutit?微波電調(diào)移相器的性能指標(biāo)Howtoimproveit?2025,FarhadGhorbani,et.al.,TMTT，

Impedance-OrientedApproachforMaximizingLinearityinPIN-Diode-BasedPhaseShifters10.2微波電調(diào)移相器WhatandWhy微波電調(diào)移相器的定義與功能微波電壓調(diào)節(jié)移相器是二端口微波網(wǎng)絡(luò)，加入控制信號（一般為直流偏置電壓）使網(wǎng)絡(luò)的輸入信號和輸出信號之間產(chǎn)生相位差。微波移相器的分類圖10-5微波電調(diào)移相器的分類按控制信號分：按實現(xiàn)方式分：模擬信號變?nèi)莨堋⑩佀徭J鋇、鐵電材料數(shù)字信號數(shù)字電路············10.2微波電調(diào)移相器主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻帶相移量相位誤差插入損耗（InsertionLoss）電壓駐波比（VSWR）開關(guān)時間功率容量工作頻帶：移相器的技術(shù)指標(biāo)下降到允許界限值時的頻率范圍。相移量：不同控制狀態(tài)時輸出信號相對于參考狀態(tài)的相對相位差。相位誤差：各頻點的實際相移和理論相移之間的最大偏差。插入損耗：未插入傳輸網(wǎng)絡(luò)時負(fù)載吸收功率與插入傳輸網(wǎng)絡(luò)后負(fù)載吸收功率之比的分貝數(shù)。電壓駐波比：傳輸線上相鄰的波腹點和波谷點的電壓振幅之比為駐波比，用VSWR表示。開關(guān)時間：微波電調(diào)移相器的開關(guān)時間主要取決于驅(qū)動器和所采用的開關(guān)元件的開關(guān)時間。功率容量：開關(guān)元件所能承受的最大微波功率。Howaboutit-移相器主要技術(shù)指標(biāo)

10.2微波電調(diào)移相器承上

What——改變輸出微波信號與輸入微波信號之間相位差的電路；

Why——控制微波信號的相位；

Howaboutit——

電性能（相移量、相位誤差、插入損耗等）；非電性能。

Howtorealizeit——微波移相器所用元件變?nèi)荻O管——結(jié)電容隨偏置電壓連續(xù)變化，可作為可調(diào)電抗元件；特殊材料——如鈦酸鍶鋇、鐵電材料等10.2微波電調(diào)移相器啟下What?(Whatisthis?)Why?(Whyneedit?)微波移相器的定義與分類How?Howtorealizeit?實現(xiàn)微波移相器的元件Howaboutit?微波移相器的性能指標(biāo)Howtoimproveit?如何改進(jìn)微波移相器2021,TianjunWu,etal.,TMTT，

A60-GHzVariableGainPhaseShifterWith14.8-dBGainTuningRangeand6-BitPhaseResolutionAcross?25?C–110℃.10.2微波電調(diào)移相器設(shè)計出發(fā)點

通過改變PIN二極管的偏壓值與電納值，可得到所要求的相移。一般指標(biāo)在所希望的頻率范圍內(nèi)，相移量為±2°，駐波比小于1.2。缺點

這種結(jié)構(gòu)的移相器適用于小相移量的實現(xiàn)，但是它在產(chǎn)生相移的同時，還會引入不小的反射波。常見改進(jìn)

以兩個相同的電抗元件加載于傳輸線上，以使兩個對稱的反射波幾乎完全互相抵消，進(jìn)而使駐波比降到很小。Howtoimproveit-移相器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)圖10-6加載線型移相器的示意圖10.2微波電調(diào)移相器

圖10-7加載線型移相器的等效電路10.2微波電調(diào)移相器Howtoimproveit-移相器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)

圖10-9電抗網(wǎng)絡(luò)反射型移相器圖10-10移相線段反射型移相器10.2微波電調(diào)移相器Howtoimproveit-移相器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)

圖10-12開關(guān)型移相器的示意圖10.2微波電調(diào)移相器Howtoimproveit-移相器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)微波移相器的形式：微帶形式->芯片化CMOS微波移相器：CMOS技術(shù)器件頻率提高，達(dá)數(shù)十甚至上百GHz，逐漸能夠應(yīng)用于毫米波領(lǐng)域。優(yōu)點：尺寸??；缺點：無源移相精度較差，插入損耗和回波損耗較高；

GaAsMMIC微波移相器：無源移相精度更高，損耗較低；尺寸比CMOS工藝稍大。采用pHEMT設(shè)計MMIC移相器是目前的研究熱點?？偘l(fā)展趨勢：高精度、低損耗、寬帶、小型化←

2021,PengGu,etal.,TMTT，AWidebandVector-ModulatedVariableGainPhaseShifterfor5GNRFR2in40-nmCMOS.Howtoimproveit-微波移相器創(chuàng)新探討

10.2微波電調(diào)移相器內(nèi)容提綱–“2W3H”What?(Whatisthis?)微波衰減器的定義

Why?(Whyneedit?)微波衰減器的功能Howtorealizeit?實現(xiàn)微波衰減器的元件Howaboutit?微波電調(diào)衰減器的性能指標(biāo)Howtoimproveit?10.3微波電調(diào)衰減器Whatisthis?按元件組成分無源衰減器：電阻元件組成無源衰減網(wǎng)絡(luò)，無源衰減器又分為固定衰減器和可調(diào)衰減器。有源衰減器：用控制器件代替電阻衰減網(wǎng)絡(luò)中的電阻。有源衰減器和其他熱敏元件可組成有源可調(diào)衰減器。按電路形式分串聯(lián)型開關(guān)、并聯(lián)型開關(guān)、串/并聯(lián)型開關(guān)；按實現(xiàn)方式分射頻微波中選擇同軸線衰減器；波導(dǎo)系統(tǒng)中選擇能吸收電場能量的膜片作為衰減器；也可選擇固態(tài)二極管在微波頻段內(nèi)制成波導(dǎo)或同軸線的可以電調(diào)諧的衰減器等。10.3微波電調(diào)衰減器微波電調(diào)衰減器是功率消耗器件，功率消耗后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。如果射頻功率超過微波電調(diào)衰減器所能承受的最大功率，微波電調(diào)衰減器就會燒毀。因此在高功率的應(yīng)用場景下，希望衰減器能承受較大的輸入功率。高性能的微波電調(diào)衰減器中應(yīng)具有較寬的工作頻帶，并且在頻帶內(nèi)各頻率點處的衰減量應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定；同時，為了保持衰減的信號頻譜不失真，需要保證在衰減量改變時，頻帶內(nèi)各頻率點處的衰減量仍保持穩(wěn)定。Whyneedit-微波衰減器的功能10.3微波電調(diào)衰減器Howtorealizeit-實現(xiàn)微波衰減器的元件圖10-13單個并聯(lián)PIN二極管衰減器圖10-19開關(guān)內(nèi)嵌式衰減結(jié)構(gòu)無源消耗元件：電阻有源控制元件：PIN管、MOSFET管10.3微波電調(diào)衰減器除使用上述元件外，也可以結(jié)合使用3dB定向耦合器。圖10-24

3dB定向耦合器型衰減器10.3微波電調(diào)衰減器Howtorealizeit-實現(xiàn)微波衰減器的元件Howtorealizeit-衰減的基本原理圖10-14

T形衰減網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

10.3微波電調(diào)衰減器可以聯(lián)立方程組求解得到T形衰減網(wǎng)絡(luò)中各個電阻的阻值。

圖10-15

π形衰減網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)10.3微波電調(diào)衰減器Howtorealizeit-衰減的基本原理圖10-16

橋T形衰減網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

10.3微波電調(diào)衰減器Howtorealizeit-衰減的基本原理承上

What——衰減微波信號功率的電路；

Why——在低失真前提下減小微波信號的功率，起保護(hù)作用；Howtorealizeit——微波衰減器所用元件、衰減的基本原理10.3微波電調(diào)衰減器啟下What?(Whatisthis?)微波衰減器的定義

Why?(Whyneedit?)微波衰減器的功能Howtorealizeit?微波電調(diào)衰減器所用元件Howaboutit?微波電調(diào)衰減器的性能指標(biāo)Howtoimproveit?10.3微波電調(diào)衰減器主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻帶衰減平坦度衰減動態(tài)范圍衰減線性度駐波比功率范圍工作頻帶：在頻帶內(nèi)各頻率點處的衰減量應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定。衰減平坦度：工作頻帶內(nèi)衰減量的起伏，經(jīng)常用最大起伏來表示。衰減動態(tài)范圍：最大衰減分貝數(shù)和最小衰減分貝數(shù)之差。衰減線性度：衰減的控制量之間具有線性關(guān)系的程度。電壓駐波比：傳輸線波腹電壓與波谷電壓幅度之比。功率范圍：衰減器能承受的最大功率。衰減器消耗的功率轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，衰減器輸入的射頻功率超過該功率時就會燒毀。Howaboutit-微波衰減器技術(shù)指標(biāo)

10.3微波電調(diào)衰減器圖10-17

SPDT選通式衰減器SPDT選通式衰減器通過控制單刀雙擲（SPDT）開關(guān)來選擇衰減路徑或者參考路徑作為信號路徑，實現(xiàn)可調(diào)衰減。優(yōu)點：（1）均衡參考通路和電阻網(wǎng)絡(luò)通路的長度，容易實現(xiàn)兩個狀態(tài)之間的相位追蹤。（2）作為一個對稱結(jié)構(gòu)，其整體性能不易受到生產(chǎn)工藝參數(shù)變化的影響。10.3微波電調(diào)衰減器Howaboutit-微波衰減器技術(shù)指標(biāo)

圖10-17

SPDT選通式衰減器缺點：（1）SPDT開關(guān)的插入損耗較大，每個衰減位的輸入/輸出端各用到一個開關(guān)，如果多個衰減位級聯(lián)，則多對開關(guān)所引入的插入損耗累積，導(dǎo)致總插入損耗高。（2）由于輸入輸出端均連接開關(guān)，占用的芯片面積大。10.3微波電調(diào)衰減器Howaboutit-微波衰減器技術(shù)指標(biāo)

開關(guān)內(nèi)嵌式衰減結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)低插入損耗、大衰減動態(tài)范圍的主流衰減結(jié)構(gòu)。在開關(guān)內(nèi)嵌式衰減器中，MOS管作為單刀單擲（SPST）開關(guān)內(nèi)嵌于阻性衰減網(wǎng)絡(luò)中，控制衰減器的衰減。這樣，信號通路只有一個簡單的MOS開關(guān)，插入損耗較SPDT選通式衰減器有所下降。優(yōu)點：插入損耗、衰減動態(tài)范圍等方面具有優(yōu)勢；該結(jié)構(gòu)為目前衰減器的主流結(jié)構(gòu)。圖10-19開關(guān)內(nèi)嵌式衰減器10.3微波電調(diào)衰減器Howaboutit-微波衰減器技術(shù)指標(biāo)

缺點：處于衰減態(tài)、參考態(tài)時，不同的寄生效應(yīng)會造成兩種狀態(tài)下信號的傳輸相移不同，所以會帶來一定的附加相移。圖10-19開關(guān)內(nèi)嵌式衰減器10.3微波電調(diào)衰減器Howaboutit-微波衰減器技術(shù)指標(biāo)

圖10-20簡單的并聯(lián)型反射式衰減器及其等效電路簡單的并聯(lián)型反射式衰減器及其等效電路如圖10-20所示，它和并聯(lián)型單刀單擲開關(guān)類似，但其偏置在正偏范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，因此等效電路僅對應(yīng)PIN二極管的正偏狀態(tài)，圖10-20中的正向電阻Rf隨偏流變化時，電路的插入衰減隨之變化。圖10-20中所示的簡單電路必定有很大的駐波比，因為其工作原理就是利用了反射衰減及吸收衰減的變化，所以在電路中必須在輸入端外加環(huán)形器或隔離器才能使用。如何改進(jìn)PIN管電調(diào)衰減器？10.3微波電調(diào)衰減器Howaboutit-微波衰減器技術(shù)指標(biāo)

Howtoimproveit-衰減器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)圖10-22PIN二極管連成的

π形電阻衰減器等效電路10.3微波電調(diào)衰減器圖10-23窄頻帶匹配型衰減器的原理圖

10.3微波電調(diào)衰減器Howtoimproveit-衰減器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)3dB定向耦合器型衰減器的原理圖如10-24所示。兩只同向PIN二極管與定向耦合器的③、④端口連接，微波信號經(jīng)過二極管VD1或VD2接50?負(fù)載，通過1/4波長的終端開路線實現(xiàn)射頻短路接地，因此，③、④端口的反射系數(shù)與Rf、Z0有關(guān)。主傳輸線斷開的地方用來隔直，微波頻段低端可以加電容實現(xiàn)，頻率較高則采用交指電路等實現(xiàn)。圖10-243dB定向耦合器型衰減器10.3微波電調(diào)衰減器Howtoimproveit-衰減器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)石墨烯作為二維輕質(zhì)材料，適用于平面集成電路；又由于石墨烯具有可調(diào)的表面阻抗，適用于微波電調(diào)衰減器，目前已經(jīng)有文獻(xiàn)報道了石墨烯在微波電調(diào)衰減器中的應(yīng)用。Howtoimproveit-微波移相器創(chuàng)新探討

10.3微波電調(diào)衰減器內(nèi)容提綱–“2W3H”What?(Whatisthis?)微波限幅器的定義

Why?(Whyneedit?)微波限幅器的功能Howaboutit?微波限幅器的性能指標(biāo)Howtorealizeit?實現(xiàn)微波限幅器的元件Howtoimproveit?10.4微波限幅器WhatandWhy-微波限幅器的定義與功能微波限幅器是一種自控衰減器，也是一種功率調(diào)制器件。當(dāng)信號的輸入功率較小時，信號可無衰減地通過；當(dāng)輸入功率超過某一值時，衰減會迅速增大，這一功率稱為門限電平，當(dāng)輸入功率超過門限電平后，輸出功率不再增大。微波限幅器常被用于微波掃頻信號源或相位檢測系統(tǒng)中，使輸出信號的幅度保持穩(wěn)定。圖10-5微波限幅器在雷達(dá)接收系統(tǒng)中的位置阻止高功率信號破壞雷達(dá)接收系統(tǒng)。防止雷達(dá)發(fā)射機功率直接進(jìn)入接收機。10.4微波限幅器主要技術(shù)指標(biāo)：門限電平插入損耗隔離度頻帶特性耐功率尖峰泄漏及平坦泄漏恢復(fù)時間

Howaboutit-限幅器主要技術(shù)指標(biāo)

10.4微波限幅器主要技術(shù)指標(biāo)：門限電平插入損耗隔離度頻帶特性耐功率尖峰泄漏及平坦泄漏恢復(fù)時間尖峰泄漏及平坦泄漏：信號輸入時，PIN二極管尚未完全導(dǎo)通，經(jīng)過幾個射頻周期以后，PIN二極管的I層內(nèi)才能夠積累穩(wěn)定的載流子。積累載流子的過程中，限幅器暫時的最大輸出就是尖峰泄漏。10.4微波限幅器Howaboutit-限幅器主要技術(shù)指標(biāo)

主要技術(shù)指標(biāo)：門限電平插入損耗隔離度頻帶特性耐功率尖峰泄漏及平坦泄漏恢復(fù)時間恢復(fù)時間：脈沖微波信號通過后，I層內(nèi)的載流子并不會馬上消失，而是以一個時間常數(shù)呈指數(shù)衰減，這個時間常數(shù)與載流子的平均壽命相等，定義為恢復(fù)時間。一般來說，I層較厚的PIN二極管往往尖峰泄漏較大，尖峰持續(xù)時間較長，平坦泄漏較大，恢復(fù)時間較長，門限電平較高；I層較薄的PIN二極管與此相反。10.4微波限幅器Howaboutit-限幅器主要技術(shù)指標(biāo)

Howtorealizeit-實現(xiàn)微波限幅器的元件圖10-28肖特基勢壘二極管限幅器圖10-29變?nèi)莨芟薹鲌D10-30PIN二極管限幅器10.4微波限幅器承上

What——使輸出信號的幅度保持穩(wěn)定的自控衰減器；

Why——用于掃頻信號源、相位檢測系統(tǒng)、雷達(dá)接收機等，起保護(hù)作用；Howaboutit——

微波限幅器主要技術(shù)指標(biāo)及其折中關(guān)系Howtorealizeit——實現(xiàn)微波限幅器的主要元件10.4微波限幅器啟下What?(Whatisthis?)微波限幅器的定義

Why?(Whyneedit?)微波限幅器的功能Howaboutit?微波限幅器的性能指標(biāo)Howtorealizeit?微波限幅器的設(shè)計Howtoimproveit?10.4微波限幅器圖10-28肖特基勢壘二極管限幅器及其輸入波形這種限幅器存在的問題：（1）為了使二極管有充分短的轉(zhuǎn)換時間，其空間電荷層必須很??；（2）二極管還必須有很小的結(jié)電容，其結(jié)面積必須做得很小，因而二極管的體積極小，不能承受大功率信號。10.4微波限幅器Howtorealizeit-微波限幅器的設(shè)計圖10-29變?nèi)莨芟薹鞯脑黼娐纷內(nèi)莨芟薹鞯脑黼娐啡鐖D所示。在小信號時，兩個變?nèi)莨埽ǚ礃O性并聯(lián)）的電容之和與電感L產(chǎn)生并聯(lián)諧振而呈現(xiàn)很高的阻抗，因而信號傳輸不受影響。在大信號時，由于變?nèi)莨茈娙蓦S電壓的增大而減小，在信號周期內(nèi)的平均電容隨電壓的增大而減小，導(dǎo)致并聯(lián)回路失諧，從而產(chǎn)生反射，使信號傳輸功率受到衰減，而達(dá)到限幅的目的。由于在微波段必須釆用小電容變?nèi)莨?，功率容量非常有限?0.4微波限幅器Howtorealizeit-微波限幅器的設(shè)計圖10-30PIN二極管限幅器的原理電路及其限幅過程PIN二極管限幅器的原理電路及其限幅過程如圖所示。當(dāng)PIN二極管被扼流線圈短路并有高電平微波電壓激勵時，在射頻信號正半周，空穴和電子分別從P層和N層向I層注入。在負(fù)半周，注入的載流子大部分被吸出，但因負(fù)半周被吸出的載流子少于注入的載流子，I層有電荷儲存。在I層電荷建立的過渡周期，PIN二極管尚未導(dǎo)通，信號受到的衰減很小。I層建立起穩(wěn)定的電荷儲存后導(dǎo)通，PIN二極管的微波阻抗很低，射頻信號受到大的衰減，從而起限幅作用。10.4微波限幅器Howtorealizeit-微波限幅器的設(shè)計圖10-30PIN二極管限幅器的原理電路及其限幅過程PIN二極管限幅器不是通過對射頻信號整流，使射頻信號削波而起限幅作用的，而是通過射頻信號對I層導(dǎo)電性調(diào)制起限幅作用的。一旦I層建立起電荷儲存，其導(dǎo)電率增大，對射頻信號的正、負(fù)半周都起限幅作用。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，僅需一個PIN二極管。缺點：在小信號時電路是匹配的；但在大信號時，負(fù)載被嚴(yán)重旁路，電路嚴(yán)重失配，輸入端的駐波比將比較大。事實上，這種限幅器主要是依靠反射衰減而得到限幅的，失配是必然的。如何改進(jìn)PIN管限幅器？10.4微波限幅器Howtorealizeit-微波限幅器的設(shè)計可以利用3dB分支線電橋（定向耦合器）的隔離作用，圖10-31就是利用兩個90°相移3dB電橋構(gòu)