[實用新型]諧波發生器

有效

• 申請號: 200820033446.4
• 申請日: 2008-03-21
• 公開（公告）號: CN201163761Y
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 孫毅;胡建凱;雍定超;王健;戚友琴;王學芝;劉墩文
• 申請（專利權）人: 南京譽葆科技有限公司
• 主分類號: H03K3/02
• 分類號: H03K3/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司
• 代理人: 湯志武;朱戈勝

技術領域

本實用新型涉及電子設備領域，尤其是一種諧波發生器。

背景技術

衛星通信包括了空間站和地球站兩部分，空間站起中繼站的作用，即把地球站發射的電磁波放大后再返送回另一地球站，地球站則是衛星系統與地面公眾網的接口，地面用戶通過地球站出入衛星系統形成鏈路。由于三顆相距120度的衛星就能覆蓋整個赤道圓周，故衛星通信易于實現越洋和洲際通信。目前成熟的商業衛星通信的頻率主要在1-10GHz頻段，隨著科學技術的發展和為了滿足越來越多的通信需求(如：衛星直播電視、會議及遠程教育、醫療等等的普及)，衛星通信作為未來全球信息高速公路的重要組成部分，其相關技術的發展將成為未來科技創新的一個重要部分。目前國外最新衛星通信技術已開始研究應用新的頻段，如12GHz，14GHz，20GHz及30GHz，國內也應用到12GHz，14GHz的Ku頻段，如鑫諾衛星。由于衛星通信系統需具備較強的抗干擾能力和很高的接收靈敏度，故對頻率源的穩定度和相噪都有很高的要求，通常采用高階倍頻鏈或高階倍頻鏈與頻率合成器的組合實現衛星通信的頻率源子系統，而高階倍頻鏈的代表就是諧波發生器(也稱梳狀波發生器)，它是隨著半導體技術水平的發展和提高而出現的，最早開發出自國外。

通常情況下，為了實現高階倍頻，有變容管倍頻器和階躍恢復二極管倍頻器等無源倍頻器以及晶體管倍頻器等有源倍頻器可供選擇。

一般變容管倍頻器只適用于低次倍頻，為了得到高次倍頻，必須用幾級變容管倍頻器級聯，組成倍頻鏈，同時變容管在高次倍頻時必須設計復雜的空閑電路，很難適應當前衛星產品小型化的需要。級聯后，空閑電路還要考慮彼此之間的影響，大大增加了設計難度。同時，級聯倍頻的方式不可避免地會惡化輸出信號的相噪。

有源倍頻器的特點是針對性強，通過設置適當的工作點，在某些頻段上可以產生增益，擁有比較高的倍頻效率，但由于晶體管等有源器件的非線性化程度不夠，因此難以靠單級產生幾十次倍頻。而靠級聯倍頻的方式，同變容管倍頻方式一樣，需要面對相噪問題。同時有源器件受電流影響比較大，溫度穩定性方面要弱于無源倍頻。并且有源倍頻在可靠性方面也要低于無源倍頻。

作為頻率源系統(特別是相參系統)中的核心部件之一，諧波發生器市場需求必將越來越大。目前在微波頻段的高階倍頻方案以變容管倍頻器級聯和晶體管倍頻器級聯為主，這兩種技術相對成熟，幾乎被當前所有國內同類型產品所運用。而以階躍恢復二極管作為主要倍頻手段的產品研究起步較晚，設計難度大，但設計成功后倍頻次數高、穩定性好，隨著通信產品小型化的趨勢發展，必將成為未來主流的高階倍頻方案。

本產品主要應用于衛星通信系統的‘心臟’頻率源子系統中和全球衛星定位系統和新型相參雷達的相參頻率源系統中。

階躍恢復二極管的原理如下：

階躍恢復二極管(簡稱階躍管)又稱為電荷儲存二極管。這是由于這種二極管在電路中應用時，其電流或電壓的階躍變化是由于二極管內電荷儲存作用所引起的。故按照其主要外部特性來看可以將它命名為階躍管，而考慮其主要內部物理過程時又可命名為電荷儲存二極管。

當一個PN結二極管正向偏置時，阻擋層變窄，勢壘降低，因而其勢壘電容增大。與此同時，少數載流子因密度超過熱平衡值而在一定擴散長度內運動，形成了擴散電容。當外加電壓自負值變為正值時，其結電容將由較小的勢壘電容變為很大的擴散電容與勢壘電容之和。二極管由負偏至正偏，結電容就自一個較小的電容突變階躍至一個很大的電容。

PN結正向導電時的少數載流子儲存，在直流和低頻情況下，不會造成太大影響，但在高頻情況下就完全不同了，若外加電壓的周期T_t與少數載流子在一定擴散長度內運動的儲存時間t_s(或稱少數載流子壽命)相近或更短時，正半周正向導電儲存的少數載流子在電壓反極性后尚不能符合完畢，就被反向電壓拉回，產生了遠遠大于I的反向電流。直到儲存的少數載流子耗完后，才迅速恢復截止，因而在負半周的相當一段時間內會產生導通現象。將這種現象稱為高頻整流失效現象。

階躍管是在制造時采取了一定的措施以增大其電荷儲存作用的一種二極管，設計時盡量使少數載流子的分布集中，即將少數載流子約束在PN結界面附近的一個極窄的區域內，同時，有意增大正向偏壓時PN結內少數載流子的儲存量，即讓少數載流子有足夠的壽命使它在正向偏壓時來不及復合掉。這樣一來，當偏壓由正到負時，就會有相當多的儲存電荷釋放出來而形成了很大的反向電流。而當儲存的電荷耗盡時，電流突然減小(反向電阻快恢復時間)。當設計了最佳雜質分布后，可以把這個過渡時間做得很小(幾ps-幾百ps)