课件ppt第二章优质PPT.ppt
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损耗小,远距离传输12金属槽波导2.1毫米波传输线与无源器件n具有理论研究价值,实用较少nKa波段的比较结果衰减随频率增高而下降图2.10主模TE11模的场图旋转900,类似于矩形波导的TE10模式13介质波导2.1毫米波传输线与无源器件图上:
圆形介质波导图左:
方形介质波导及其场分布n结构变为开放式n易实现有源器件,耦合调试易行n在mmw高端损耗低100GHz,Teflon,直径1.46mm,损耗1.23dB/m直径0.90mm,损耗0.19dB/m14H波导2.1毫米波传输线与无源器件nLSM模式磁场平行于空气介质表面,Hx0nLSE模式电场平行于空气介质表面,Ex015无辐射介质(NRD)波导2.1毫米波传输线与无源器件n通过适当选取H波导介质条带横截面尺寸来抑制辐射。
n单模工作带宽可与矩形波导比拟n导体衰减随频率增高而下降,因无纵向电流的场图16毫米波集成传输线介质镜像波导2.1毫米波传输线与无源器件n介质镜像波导:
有接地板,厚度尺寸减一半n频率越高,能量越集中在介质内部n与接地板良好接触(粘合)是难点介质镜像波导(a)方形(b)圆形17毫米波集成传输线微带线2.1毫米波传输线与无源器件n微带线:
保角变换分析成功,可工作到60GHzn频率越高,越呈现出色散特性图2.19微带传输线(a)结构;
(b)横截面上的场图18毫米波集成传输线微带类与共面波导2.1毫米波传输线与无源器件图2.20倒置微带线(a)和悬置微带线(b)的结构。
场集中于中间空气中,衰减小。
需要支撑(低损耗)图2.21共面波导的结构准TEM波19毫米波集成传输线槽线2.1毫米波传输线与无源器件n与微带线结构对偶,便于单面实现有源器件图2.22槽线的结构及电磁场分布20毫米波集成传输线鳍线2.1毫米波传输线与无源器件n鳍线Finline:
波导与平面电路的完美结合n易于实现多种有源无源器件(d)正面视图举例21毫米波波束波导2.1毫米波传输线与无源器件n利用毫米波频段的准光特性分析n假设能量集中在主波束中传输n合理选择透镜尺寸,降低绕射损耗波束波导:
透镜型和反射镜型22毫米波无源器件传输匹配器件2.1毫米波传输线与无源器件n使得视在阻抗与源阻抗匹配,减小驻波。
n将毫米波功率有效传送到终端负载n理想状态为共轭匹配:
参考面选择任意电抗部分抵消,电阻部分相等图2.27阻抗匹配器的作用23毫米波无源器件传输匹配器件2.1毫米波传输线与无源器件n连续性的匹配通常通过阶梯近似分析:
模式匹配(a)(b)(c)(d)图2.28常用的毫米波匹配器:
(a)阶梯波导;
(b)渐变波导;
(c)微带渐变线(中心带条);
(d)微带低通阻抗变换器(中心带条)24毫米波无源器件传输匹配器件2.1毫米波传输线与无源器件n利用AA面和BB面上的两部分反射波路径差1/2波长,相抵n仅在单个频率点严格成立若则:
匹配图2.29单节1/4波长阻抗匹配器25毫米波无源器件传输匹配器件2.1毫米波传输线与无源器件n利用多段匹配,多次反射波相互抵消。
n减缓每一级匹配的梯度,中心频率交叉可以增加频带宽度n连续渐变型匹配电路需要阶梯近似分析26毫米波谐振器毫米波谐振器2.1毫米波传输线与无源器件基本参数n模式:
最为重要,决定电磁场分布。
n中心频率nQ值:
与损耗密切相关n耦合电路n金属谐振器:
计算简单,Q值高n介质谐振器:
有利于实现平面电路27部分毫米波谐振器部分毫米波谐振器2.1毫米波传输线与无源器件图2.33若干毫米波谐振器结构28部分毫米波谐振器部分毫米波谐振器2.1毫米波传输线与无源器件图2.36矩形和圆柱形DR及其主模场分布29常常用用平平面面谐谐振振器器2.1毫米波传输线与无源器件图2.3730图2.38圆形微带谐振器TM110模式场图n场强过于集中于两端,电流汇聚,辐射面窄,辐射损耗小。
n适于做谐振器或滤波器,而不适于作为天线辐射单元n所以平面天线阵元一般不选圆形2.1毫米波传输线与无源器件31毫米波谐振器与外电路的耦合只有与外电路发生作用,才能实际应用n有通过式(双端),反射式(单端)耦合、多口耦合n能耦合出能量,而不(严重)破坏原来的模式分为:
n欠耦合:
内部损耗外部损耗n过耦合:
内部损耗60%)n小型化设计问题(星载要求)2.3发射设备72行波管放大器特性幅相2.3发射设备图2.83行波管放大器的AM/AM和AM/PM特性73毫米波固态功率放大器优点:
n可靠性高,尺寸、重量小n相控阵单元必需用固放n附加功率效率(PAE)较高提高功率的途径:
n功率pHEMT管n增加栅宽、并联多个栅极n功率HBTn具有高电子迁移率、内建漂移电场和速度过冲,渡越时间降低截止频率fT较高n功率密度较大,适于大功率要求2.3发射设备74功率放大器作用与特点图2.86利用6单元芯片进行功率合成的HBTAn2426GHznPo=2.2W,PAE42%2.3发射设备75波导型功率放大器图2.87工作于24GHz的22功率放大器模块n波导中间上下各二路MMIC功放n典型的波导与平面电路结合nPAE18.1%nPo3.3W2.3发射设备76毫米波振荡源2.4毫米波振荡源用途n上下变频的LO、载波信号等分类nGunn振荡器、DRO、HBT、HEMT等n锁相振荡器、原子稳频振荡器等。
n固定频率、DDS、电调/机调源等要求n一定的功率输出n较高的频率稳定度(通信)n杂散低(相位噪声)77毫米波波导Gunn振荡源常规纵杆结构左:
顶压,右:
触须接触BiasDiodeBiasDiodeVaractorBias改进横杆结构左:
Gunn源,右:
VCO2.4毫米波振荡源78毫米HEMTDRO漏极输出一部分通过磁力线耦合到栅极,作为正反馈输入。
44GHzDRO用于稳频r372.4毫米波振荡源79毫米波锁相源高稳定基准源VCOPLS图2.90三种锁相振荡源电路原理图2.4毫米波振荡源80毫米波VCO(a)通过1/4波长耦合微带线接入(b)通过1/4波长单微带线接入图2.92变容管不同接入方式的VCO电原理图2.4毫米波振荡源81高稳定参考源其他如晶振(最基本)电调晶振、微波基准源等图2.94铷原子频率标准FE-5650A框图2.4毫米波振荡源82高速调制结构n该高速调制系统用砷化镓低势垒肖特基二极管完成调制功能。
反向恢复时间极短。
n由与50欧姆匹配的高速驱动电路和调制器两部分组成。
n调制器的核心元件是调制用二极管。
而为了实现系统小型化,便于和波导电路联接,我们采用了8mm鳍线。
n鳍线兼有波导的低损耗与平面电路易于实现两大特点,单模带宽较大,易于同波导、微带等其他传输线相联。
设计变动容易。
2.5调制器832.5调制器调制器nAM、PM、FM三种调制方式n卫星信道、毫米波信道恒包络调制方式原因:
信道的非线性影响n直接调制简单,实现随频率增高而困难n也可采用低频调制再上变频方式84毫米波高速调制(AM)结构示意图SN74F04至PIN管或肖特基管高速驱动整形电路示意图2.5调制器85动态调制解调测试结果图2.5调制器86开关型PSK调制器2.5调制器载波输入基带(脉冲)信号已调波输出SW(a)反射式PSK调制器载波输入基带(脉冲)信号已调波输出(b)传输式PSK调制器l图2.95两种路径长度开关型PSK调制器87集成单平衡BPSK调制器2.5调制器88集成单平衡BPSK调制器-/+1-/+1+/-1+/-12.5调制器89平衡QPSK调制器作业:
仿照单平衡BPSK分析方法,请自行分析该电路的输出。
2.5调制器图2.99利用冷pHEMT构成的平衡QPSK调制器902.6开关和移相器开关作用:
用于控制信号的通断主要考虑n工作频率和带宽;
工作频率和带宽;
n开关接通时的插入损耗和断开时的隔离度;
开关接通时的插入损耗和断开时的隔离度;
n开关速度;
开关速度;
n功率容量。
功率容量。
n输入驻波比输入驻波比n构成:
构成:
PIN管或高速二极管、三极管管或高速二极管、三极管91开关矩阵2.6开关和移相器图2.104用于SS(星上交换)TDMA的开关矩阵92SPDT(SinglePoleDo
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