基于ADS仿真的X波段二倍頻器設(shè)計(jì)
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輸入匹配電路的設(shè)計(jì)主要是使激勵(lì)源與FET輸入阻抗實(shí)現(xiàn)共軛匹配，保證激勵(lì)功率中的基波有效的加到FET輸入端，同時(shí)抑制其他諧波輸入和返回激勵(lì)源，這也是高功率和高效率輸出的基礎(chǔ)。在距離FET輸入端的輸入微帶線上并聯(lián)一條對應(yīng)2ωo的λ／4開路短截線，用來反射二次諧波信號，使輸入電路在二次諧波頻率上等效阻抗為0，防止二次諧波泄漏至激勵(lì)源。輸入微帶線的長度取為2ωo的λ／2，使對于二次諧波頻率而言，輸入端始終為短路點(diǎn)，可以減小輸入電路變化對輸出電路的影響。
輸出匹配電路是使輸出FET阻抗與諧振回路匹配，以獲得最大的倍頻功率和轉(zhuǎn)換效率。對于FET，基波輸出功率與需要的諧波輸出功率相差不大，故二倍頻設(shè)計(jì)對基波功率的抑制尤為重要。在距離FET輸出端的輸出微帶線上并聯(lián)一條對應(yīng)ωo的λ／4開路短截線用來反射基波信號，即使輸出電路在基波頻率上等效阻抗為0，輸出微帶線的長度取為ωo的λ／2，使對于基波頻率而言，輸出端始終為短路點(diǎn)，可以減小輸出電路變化對輸入電路的影響。
偏置電路和隔直電容的設(shè)計(jì)。偏置電路用以提供倍頻器合適的偏置電壓，直流工作點(diǎn)不僅直接影響輸出功率和效率的高低，而且還密切地關(guān)系到倍頻電路的穩(wěn)定性，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，甚至可能使倍頻器完全不能工作。另外，為防止輸入／輸出偏置電路形成低頻空閑回路，在
輸入／輸出阻抗部分分別加ωo，2ωo的λ／4高阻抗線，以減小偏置電路引起射頻信號的泄漏。設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮避免直流偏置電路的電源噪聲及電阻噪聲混入射頻通道影響倍頻噪聲性能，而且電源紋波及噪聲可能惡化相位噪聲和雜波抑制指標(biāo)，電源過沖可能損壞內(nèi)部電路，應(yīng)使用低紋波的無過沖電源，且直流供電必須足夠大且去耦。同時(shí)考慮柵極和漏極偏置電壓加電時(shí)序，以防器件損壞，此外，還要考慮小的附加損耗、寄生振蕩的抑制、獨(dú)立電源供電、反射等，所有這些都應(yīng)該在實(shí)際的調(diào)試過程中得到充分的考慮。
2 二倍頻器設(shè)計(jì)與仿真
2．1 晶體管選擇
在倍頻器設(shè)計(jì)過程中首先要選擇合適的非線性器件作為倍頻器件，器件選擇主要考慮以下三點(diǎn)：
(1)要充分利用晶體管工作頻率的上限，有利于保持電路穩(wěn)定性，預(yù)防自激。
(2)選擇非線性強(qiáng)的管子，根據(jù)工作狀態(tài)和激勵(lì)功率、輸出功率的要求挑選直流參數(shù)和極限參數(shù)符合要求器件。
(3)對于頻率很高時(shí)，還需晶體管具有較大的Rds和較小的Cgs。
在電路設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)指標(biāo)是ADS優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，即輸出功率、效率、倍頻增益、帶寬等。在Ku頻段倍頻增益中，考慮的主要技術(shù)指標(biāo)是穩(wěn)定性、倍頻增益和輸出功率，從理論上講，可以選擇雙極型晶體管和場效應(yīng)管，但場效應(yīng)管相對于雙極型晶體管有更高的截止頻率，工作狀態(tài)的穩(wěn)定性也比雙極型晶體管好。綜合考慮系統(tǒng)指標(biāo)要求，此次設(shè)計(jì)采用NEC公司的GaAs MESFET NE900100實(shí)現(xiàn)倍頻。
由ADS軟件中，由NE900100的等效模型容易得到其I-V特性，如圖2所示。從圖中可以看出，其固有性能參數(shù)如下：夾斷電壓Vt=-4 V，漏極電流峰值Imax=227 mA，DATASHEET還提供了管子的典型應(yīng)用狀態(tài)，Vds=8 V，Idds=90 mA及其小信號S參數(shù)。本文引用地址：http://www.104case.com/article/191252.htm
由式(3)可知，對于二次諧波，電流脈沖持續(xù)時(shí)間的最大值通常選在τ／T=0．35處。由于電流脈沖持續(xù)時(shí)間與導(dǎo)通角存在如下關(guān)系：
調(diào)節(jié)漏極電流脈沖持續(xù)時(shí)間主要反映為柵極偏壓的選取，也反映為導(dǎo)通角的選取，即取：
為獲得二倍頻最大輸出功率，選擇導(dǎo)通角為126°，對應(yīng)得到最大二次諧波分量，但同時(shí)要注意對基波和三次諧波的抑制。此時(shí)主要通過調(diào)節(jié)柵極偏置來實(shí)現(xiàn)短的導(dǎo)通間隔，選擇VggVt，使得τ／T=0．35，同時(shí)Vgg的選取還必須考慮柵極偏壓對峰值反向電壓的影響，避免超過擊穿電壓而損壞管子。
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