專利名稱:具有高倍頻效率的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器的制作方法
本發(fā)明涉及一種具有倍頻作用的介質(zhì)諧振腔控制或起穩(wěn)定作用的振蕩器。
介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器敘述于一篇指導(dǎo)教師的評論，這是James K.Ploudre等給美國電子與電氣工程師學(xué)會(huì)微波理論與技術(shù)匯刊(IEEE Trans.on MTT，vol.MTT-29，No.8.Aug.1981，PP.754-770)寫的一篇文章，標(biāo)題為“介質(zhì)諧振腔在微波元件中的應(yīng)用”(Application of Dielectric Resonators in Microwave Components)。根據(jù)Ploudre等的評論(pp.763)，介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器有下列優(yōu)點(diǎn)尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、對機(jī)械振蕩和電功率瞬變的不靈敏性、沒有調(diào)子的輸出(tone-free output)。低噪聲、或者甚至沒有倍頻而直接工作于1千兆赫至12千兆赫之間。
在以后更詳細(xì)敘述的現(xiàn)行技術(shù)中，通常的具有倍頻作用的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器包括一只有一個(gè)柵極、一個(gè)源極和一個(gè)漏極的場效應(yīng)晶體管以及一個(gè)柵邊電路(a gate-side circuit)。所述的柵邊電路包括一條其第一端終接一只電阻、第二端連接到柵極的傳輸線或微帶線以及一只介質(zhì)諧振腔，這只介質(zhì)諧振腔電磁性地耦合到所述的線以致柵邊電路被調(diào)諧到由振蕩器產(chǎn)生的基本振蕩上。在柵極和源極之間，場效應(yīng)晶體管有一個(gè)非線性二極管的特性，這個(gè)特性把某一頻率的基本振蕩倍乘到高次諧波或頻率倍乘的振蕩。對于通常的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器來說，不可避免地會(huì)引起高次諧波振蕩的損耗。因此，對通常的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器來說，其高次諧波振蕩的振蕩效率低。
以后也要敘述到的一個(gè)改進(jìn)了的通常的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器已被揭示了歐洲專利申請No.83103122.4中，申請人是Nippon Electric Co.，Ltd.，亦即，NEC公司，受讓于Mizumura，Motoo等發(fā)明人，此申請公開于83年10月5日，公開號No.0090414。在改進(jìn)了的通常的振蕩器中，上面指出的第一端是開路端。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這個(gè)改進(jìn)了的通常的振蕩器在電特性上有一個(gè)可進(jìn)一步改進(jìn)之處。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一只具有倍頻作用的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器，這只振蕩器的高次諧波振蕩的損耗小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一只所述類型的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器，這只振蕩器能高效率的產(chǎn)生高次諧波振蕩，即，提高了頻率倍乘的效率。
本發(fā)明的其他目的隨著本發(fā)明繼續(xù)進(jìn)行將會(huì)清楚的。
根據(jù)本發(fā)明，這里提出了一只具有倍頻作用的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器，這只振蕩器包括有一個(gè)柵極和一個(gè)柵邊電路的場效應(yīng)晶體管，其中的柵邊電路由一條予定了總長度、一端開路、另一端連接到所述柵極的傳輸線及一只在所述傳輸線總長度沿線的適當(dāng)位置上電磁耦合到傳輸線的介質(zhì)諧振器所組成，所述的振蕩器以可能的最高效率產(chǎn)生一個(gè)高次諧波振蕩，所述的高次諧波振蕩具有由所述介質(zhì)諧振器所確定之基本頻率的高次諧波頻率，其中的改進(jìn)在于選擇所述的總長度，以致從所述柵極來看，在所述的高次諧波頻率上，或在接近于所述高次諧波頻率的情況下，所述的柵邊電路有一個(gè)基本上為零的阻抗。
附圖的簡要說明如下圖1是具有倍頻作用的通用介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器之略圖。
圖2是具有倍頻作用的另一個(gè)通用介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器之等效電路。
圖3是根據(jù)現(xiàn)發(fā)明的實(shí)施例給出的帶有倍頻作用的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器之略圖。
圖4是圖3所示的振蕩器的等效電路。
下面給出最佳實(shí)施例的說明參考圖1，為了容易理介本發(fā)明，并先敘述一只通用的帶有倍頻作用的介質(zhì)諧振腔控制或起穩(wěn)頻作用的振蕩器。振蕩器包括具有一個(gè)柵極G、一個(gè)源極S以及一個(gè)接地漏極D的場效應(yīng)晶體管(FET)11。一個(gè)柵邊電路包括一條具有第一和第二端的微帶傳輸線12及一只介質(zhì)諧振腔13，諧振腔13被電磁耦合到傳輸線12的適當(dāng)位置。介質(zhì)諧振腔13有一個(gè)諧振頻率，這個(gè)頻率決定了由振蕩器產(chǎn)生的基本振蕩的基本頻率。
傳輸線12的第一端終接一只阻抗等于傳線線12之特性阻抗的電阻14。第二端被連接到場效應(yīng)晶體管11的柵極G。柵極偏置電壓是通過一個(gè)柵極偏置端16、電阻14以及傳輸線12加到柵極G上的。柵極偏置端16通過一只高通濾波器接地。源偏置電壓通過源偏置端17和一只扼流線圈加到源極S上。
場效應(yīng)晶體管11在柵極G和源極S之間有一個(gè)非線性二極管的特性。這個(gè)非線性二極管特性用作頻率倍乘，把基本振蕩變?yōu)楦叽沃C波或頻率倍乘的振蕩，典型的情況是變?yōu)槎额l振蕩。一只高通濾波器18插入在源極S和輸出端19之間。高通濾波器18把基本振蕩反射回到源極S而允許高次諧波振蕩通過輸出端19。
當(dāng)從柵極G來看時(shí)，在介質(zhì)振腔13的諧振頻率上或在接近于介質(zhì)諧振腔13的諧振頻率的情況下，因而也就是在基本頻率上或在接近于基本頻率的情況下，柵極電路有絕對值近似等于1的反射系數(shù)。在其它頻率上，柵邊電路是匹配終接的。因此振蕩器是帶反射型(band-reflection type)。
按上述情況，對在輸出端19上得到的高次諧波振蕩來說，柵端G是匹配終接的。因而對于高次諧波振蕩來說損耗是不可避免的。換句話說，對高次諧波振蕩而言，振蕩器的振蕩效率低。舉一個(gè)數(shù)字的例子，用NEC公司生產(chǎn)和銷售的NE900275M型場效應(yīng)晶體管11，基本頻率為9千兆赫的通常的振蕩器，其在18千兆赫上的高次諧波的輸出近似為15分貝毫瓦。
轉(zhuǎn)到圖2，一個(gè)具有倍頻作用的改進(jìn)了的通常的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器，它有一個(gè)被揭示于上面注明參考的歐洲專利申請中的結(jié)構(gòu)。這個(gè)改進(jìn)了的通常的振蕩器包括用同樣參考數(shù)字標(biāo)注的類似的一些部份。
必須指出，傳輸線12有一個(gè)與上述第一端一樣的開路端。第二端連接到如上的柵極G。高通濾波器18用一段波導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)，對振蕩器的基本振蕩來說，這段波導(dǎo)有一個(gè)截止的尺寸。這個(gè)截止尺寸被指出在上述歐洲專利申請中，順便指出，一只反饋電容器20被利用在源極S和漏極D之間。
根據(jù)歐洲專利申請，改進(jìn)了的通常的振蕩器有結(jié)構(gòu)簡單及電特性穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。盡管這種電路有這些優(yōu)點(diǎn)，但目前發(fā)現(xiàn)可進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有的電特性，在下文將會(huì)明確這一點(diǎn)。
現(xiàn)在參考圖3和圖4，根據(jù)本發(fā)明給出的最佳實(shí)施例，一個(gè)具有倍頻作用的介質(zhì)諧振腔控制或起穩(wěn)定作用的振蕩器包括用相同的參考數(shù)字來標(biāo)注的類似的一些部份。與參考圖2所說明的那個(gè)改進(jìn)了的通常的振蕩器一樣，傳輸線12的一端開路而另一端連接到場效應(yīng)管11的柵極G上。在舉出的例子中，傳輸線12是微帶傳輸線。與改進(jìn)了的通常的振蕩器不相同的是柵極偏壓加到柵極上時(shí)沒有通過傳輸線12，而僅僅是通過柵極偏置端16及一只扼流線圈。
用離開傳輸線12開路端的第一個(gè)長度L1及離開連接到柵極G的另一端的第二個(gè)長度L2來指示介質(zhì)諧振腔電磁耦合到傳輸線12的所在位置。這也就是說，傳輸線的總長度等于第一個(gè)長度L1與第二個(gè)長度L2之和。因此，介質(zhì)諧振腔13電磁耦合到傳輸線12的地方是選擇在總長度沿線的適當(dāng)之處。
由柵極G來看，柵極或柵邊電路有一個(gè)阻抗，在基本頻率上或在接近于基本頻率的情況下，這個(gè)阻抗由介質(zhì)諧振腔13的品質(zhì)因數(shù)Q、第二個(gè)長度L2以及傳輸線12的特性阻抗來決定。在其它頻率上，柵邊電路的阻抗取決于總長度及特性阻抗。選擇第二個(gè)長度L2，使振蕩器對基本振蕩具有的特性最佳化。
由上面的說明，現(xiàn)在可以理解到柵極電路與改進(jìn)了的通常的振蕩器的柵極電路是不同的，其不同點(diǎn)在于，對所希望的高次諧振頻率來說，圖3和圖4的柵邊電路從柵極G來看不是被匹配終接的，而是有一個(gè)基本為零的阻抗。換句話來說，對高次諧波振蕩來說，柵極G被柵邊電路短路。
更特殊地是，給予傳輸線12的那個(gè)總長度，它基本上等于傳輸線12中高次諧波振蕩之波長的四分之三。在這一點(diǎn)上需要注意的是，總長度不精確地等于考慮中的四分之三波長。有各種因素會(huì)影響到使振蕩器以可能的最高的效率來產(chǎn)生高次諧波的那個(gè)總長度。因此，在所論的四分之三波長附近，依靠經(jīng)驗(yàn)來選擇總長度是方便的。
當(dāng)所述的總長度和位置用這個(gè)方法來最佳選擇的時(shí)候，柵極G被基本振蕩驅(qū)動(dòng)或激勵(lì)。由于非線性的柵一源二極管特性的作用，在高次諧波頻率上產(chǎn)生一個(gè)電流，并且這個(gè)電流被驅(qū)動(dòng)到它的最大強(qiáng)度。通過高通濾波器18，在輸出端19上可以從源極S得到一個(gè)強(qiáng)的高次諧波的輸出。這就能達(dá)到提高倍頻效率的目的。
事實(shí)上，結(jié)構(gòu)如圖3所述，基本振蕩為9千兆赫的一只介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器，可以在18千兆赫上獲得19分貝毫瓦的強(qiáng)的倍頻輸出。場效應(yīng)晶體管11的型號是前述的N E900275M。漏-源偏壓VDS是5伏。漏-源偏置電流IDS是140毫安。輸出效率是11.3%，這比前述數(shù)字例所獲得的效率要高二倍多。
在本發(fā)明結(jié)合單一的優(yōu)先實(shí)施例以特殊的結(jié)構(gòu)形式被敘述至此的時(shí)候，對熟悉專業(yè)的人來說將是能夠很容易地以各種其它方式來加以實(shí)施的。例如，總長度可以比所論的四分之三波長長出一個(gè)波長的整數(shù)倍。
權(quán)利要求
1.一只帶有倍頻作用的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器，它包括一只具有一個(gè)柵極和一個(gè)柵邊電路的場效應(yīng)晶體管，這個(gè)柵邊電路包括一條有予定總長度、一端開路、另一端連接到柵極的傳輸線以及一個(gè)在所述總長度沿線適當(dāng)位置上電磁耦合到所述傳輸線的介質(zhì)諧振腔，所述的振蕩器以可能的最高效率來產(chǎn)生一個(gè)高次諧波振蕩，所述的高次諧波振蕩有根據(jù)所述介質(zhì)諧振腔所確定之基本頻率的高次諧波頻率，其改進(jìn)在于所述的總長度是被選擇的，以致在所述高次諧振頻率上或在接近于高次諧波頻率的情況下從所述柵極來看時(shí)柵邊電路有一個(gè)基本上為零的阻抗。
2.如權(quán)利要求
1所要求的一只介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器，所述的場效應(yīng)晶體管有一個(gè)連接到一只用于高次諧波振蕩的高通濾波器的源極，所述的總長度被選擇為基本上等于所述高次諧波振蕩在所述傳輸線中的波長的四分之三，所述的位置被選擇至對所述基本頻率的振蕩來說所述振蕩器最佳。
3.如權(quán)利要求
1所要求的一只介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器，其中所述的總長度被選擇為基本上等于雙倍頻振蕩在所述傳輸線中所具有的波長的四分之三。
專利摘要
在有倍頻的介質(zhì)諧振腔控制的振蕩器中，傳輸線有一開路端及接到一只FET的柵極上的另一端，傳輸線帶有一只在該傳輸線的總長度沿線的適當(dāng)位置上電磁耦合到該傳輸線上的介質(zhì)諧振腔。選擇該總長度，以致從柵極來看時(shí)傳輸線和介質(zhì)諧振腔的組合對高次諧波頻率來說有一個(gè)基本為零的阻抗?？傞L度選擇為倍頻振蕩在傳輸線中的波長的四分之三。該位置被選擇，以致對由介質(zhì)腔決定之基本頻率的基本振蕩來說，使得振蕩器最佳。
文檔編號H03B19/00GK86105652SQ86105652
公開日1987年1月21日 申請日期1986年7月23日
發(fā)明者永田英司 申請人:日本電氣株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan