[实用新型]谐波发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子设备领域，尤其是一种谐波发生器。

背景技术

卫星通信包括了空间站和地球站两部分，空间站起中继站的作用，即把地球站发射的电磁波放大后再返送回另一地球站，地球站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路。由于三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周，故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。目前成熟的商业卫星通信的频率主要在1-10GHz频段，随着科学技术的发展和为了满足越来越多的通信需求(如：卫星直播电视、会议及远程教育、医疗等等的普及)，卫星通信作为未来全球信息高速公路的重要组成部分，其相关技术的发展将成为未来科技创新的一个重要部分。目前国外最新卫星通信技术已开始研究应用新的频段，如12GHz，14GHz，20GHz及30GHz，国内也应用到12GHz，14GHz的Ku频段，如鑫诺卫星。由于卫星通信系统需具备较强的抗干扰能力和很高的接收灵敏度，故对频率源的稳定度和相噪都有很高的要求，通常采用高阶倍频链或高阶倍频链与频率合成器的组合实现卫星通信的频率源子系统，而高阶倍频链的代表就是谐波发生器(也称梳状波发生器)，它是随着半导体技术水平的发展和提高而出现的，最早开发出自国外。

通常情况下，为了实现高阶倍频，有变容管倍频器和阶跃恢复二极管倍频器等无源倍频器以及晶体管倍频器等有源倍频器可供选择。

一般变容管倍频器只适用于低次倍频，为了得到高次倍频，必须用几级变容管倍频器级联，组成倍频链，同时变容管在高次倍频时必须设计复杂的空闲电路，很难适应当前卫星产品小型化的需要。级联后，空闲电路还要考虑彼此之间的影响，大大增加了设计难度。同时，级联倍频的方式不可避免地会恶化输出信号的相噪。

有源倍频器的特点是针对性强，通过设置适当的工作点，在某些频段上可以产生增益，拥有比较高的倍频效率，但由于晶体管等有源器件的非线性化程度不够，因此难以靠单级产生几十次倍频。而靠级联倍频的方式，同变容管倍频方式一样，需要面对相噪问题。同时有源器件受电流影响比较大，温度稳定性方面要弱于无源倍频。并且有源倍频在可靠性方面也要低于无源倍频。

作为频率源系统(特别是相参系统)中的核心部件之一，谐波发生器市场需求必将越来越大。目前在微波频段的高阶倍频方案以变容管倍频器级联和晶体管倍频器级联为主，这两种技术相对成熟，几乎被当前所有国内同类型产品所运用。而以阶跃恢复二极管作为主要倍频手段的产品研究起步较晚，设计难度大，但设计成功后倍频次数高、稳定性好，随着通信产品小型化的趋势发展，必将成为未来主流的高阶倍频方案。

本产品主要应用于卫星通信系统的‘心脏’频率源子系统中和全球卫星定位系统和新型相参雷达的相参频率源系统中。

阶跃恢复二极管的原理如下：

阶跃恢复二极管(简称阶跃管)又称为电荷储存二极管。这是由于这种二极管在电路中应用时，其电流或电压的阶跃变化是由于二极管内电荷储存作用所引起的。故按照其主要外部特性来看可以将它命名为阶跃管，而考虑其主要内部物理过程时又可命名为电荷储存二极管。

当一个PN结二极管正向偏置时，阻挡层变窄，势垒降低，因而其势垒电容增大。与此同时，少数载流子因密度超过热平衡值而在一定扩散长度内运动，形成了扩散电容。当外加电压自负值变为正值时，其结电容将由较小的势垒电容变为很大的扩散电容与势垒电容之和。二极管由负偏至正偏，结电容就自一个较小的电容突变阶跃至一个很大的电容。

PN结正向导电时的少数载流子储存，在直流和低频情况下，不会造成太大影响，但在高频情况下就完全不同了，若外加电压的周期T_t与少数载流子在一定扩散长度内运动的储存时间t_s(或称少数载流子寿命)相近或更短时，正半周正向导电储存的少数载流子在电压反极性后尚不能符合完毕，就被反向电压拉回，产生了远远大于I的反向电流。直到储存的少数载流子耗完后，才迅速恢复截止，因而在负半周的相当一段时间内会产生导通现象。将这种现象称为高频整流失效现象。

阶跃管是在制造时采取了一定的措施以增大其电荷储存作用的一种二极管，设计时尽量使少数载流子的分布集中，即将少数载流子约束在PN结界面附近的一个极窄的区域内，同时，有意增大正向偏压时PN结内少数载流子的储存量，即让少数载流子有足够的寿命使它在正向偏压时来不及复合掉。这样一来，当偏压由正到负时，就会有相当多的储存电荷释放出来而形成了很大的反向电流。而当储存的电荷耗尽时，电流突然减小(反向电阻快恢复时间)。当设计了最佳杂质分布后，可以把这个过渡时间做得很小(几ps-几百ps)