专利名称:具有高倍频效率的介质谐振腔控制的振荡器的制作方法
本发明涉及一种具有倍频作用的介质谐振腔控制或起稳定作用的振荡器。
介质谐振腔控制的振荡器叙述于一篇指导教师的评论，这是James K.Ploudre等给美国电子与电气工程师学会微波理论与技术汇刊(IEEE Trans.on MTT，vol.MTT-29，No.8.Aug.1981，PP.754-770)写的一篇文章，标题为“介质谐振腔在微波元件中的应用”(Application of Dielectric Resonators in Microwave Components)。根据Ploudre等的评论(pp.763)，介质谐振腔控制的振荡器有下列优点尺寸小、结构简单、成本低、对机械振荡和电功率瞬变的不灵敏性、没有调子的输出(tone-free output)。低噪声、或者甚至没有倍频而直接工作于1千兆赫至12千兆赫之间。
在以后更详细叙述的现行技术中，通常的具有倍频作用的介质谐振腔控制的振荡器包括一只有一个栅极、一个源极和一个漏极的场效应晶体管以及一个栅边电路(a gate-side circuit)。所述的栅边电路包括一条其第一端终接一只电阻、第二端连接到栅极的传输线或微带线以及一只介质谐振腔，这只介质谐振腔电磁性地耦合到所述的线以致栅边电路被调谐到由振荡器产生的基本振荡上。在栅极和源极之间，场效应晶体管有一个非线性二极管的特性，这个特性把某一频率的基本振荡倍乘到高次谐波或频率倍乘的振荡。对于通常的介质谐振腔控制的振荡器来说，不可避免地会引起高次谐波振荡的损耗。因此，对通常的介质谐振腔控制的振荡器来说，其高次谐波振荡的振荡效率低。
以后也要叙述到的一个改进了的通常的介质谐振腔控制的振荡器已被揭示了欧洲专利申请No.83103122.4中，申请人是Nippon Electric Co.，Ltd.，亦即，NEC公司，受让于Mizumura，Motoo等发明人，此申请公开于83年10月5日，公开号No.0090414。在改进了的通常的振荡器中，上面指出的第一端是开路端。已经发现这个改进了的通常的振荡器在电特性上有一个可进一步改进之处。
本发明的一个目的是提供一只具有倍频作用的介质谐振腔控制的振荡器，这只振荡器的高次谐波振荡的损耗小。
本发明的另一个目的是提供一只所述类型的介质谐振腔控制的振荡器，这只振荡器能高效率的产生高次谐波振荡，即，提高了频率倍乘的效率。
本发明的其他目的随着本发明继续进行将会清楚的。
根据本发明，这里提出了一只具有倍频作用的介质谐振腔控制的振荡器，这只振荡器包括有一个栅极和一个栅边电路的场效应晶体管，其中的栅边电路由一条予定了总长度、一端开路、另一端连接到所述栅极的传输线及一只在所述传输线总长度沿线的适当位置上电磁耦合到传输线的介质谐振器所组成，所述的振荡器以可能的最高效率产生一个高次谐波振荡，所述的高次谐波振荡具有由所述介质谐振器所确定之基本频率的高次谐波频率，其中的改进在于选择所述的总长度，以致从所述栅极来看，在所述的高次谐波频率上，或在接近于所述高次谐波频率的情况下，所述的栅边电路有一个基本上为零的阻抗。
附图的简要说明如下图1是具有倍频作用的通用介质谐振腔控制的振荡器之略图。
图2是具有倍频作用的另一个通用介质谐振腔控制的振荡器之等效电路。
图3是根据现发明的实施例给出的带有倍频作用的介质谐振腔控制的振荡器之略图。
图4是图3所示的振荡器的等效电路。
下面给出最佳实施例的说明参考图1，为了容易理介本发明，并先叙述一只通用的带有倍频作用的介质谐振腔控制或起稳频作用的振荡器。振荡器包括具有一个栅极G、一个源极S以及一个接地漏极D的场效应晶体管(FET)11。一个栅边电路包括一条具有第一和第二端的微带传输线12及一只介质谐振腔13，谐振腔13被电磁耦合到传输线12的适当位置。介质谐振腔13有一个谐振频率，这个频率决定了由振荡器产生的基本振荡的基本频率。
传输线12的第一端终接一只阻抗等于传线线12之特性阻抗的电阻14。第二端被连接到场效应晶体管11的栅极G。栅极偏置电压是通过一个栅极偏置端16、电阻14以及传输线12加到栅极G上的。栅极偏置端16通过一只高通滤波器接地。源偏置电压通过源偏置端17和一只扼流线圈加到源极S上。
场效应晶体管11在栅极G和源极S之间有一个非线性二极管的特性。这个非线性二极管特性用作频率倍乘，把基本振荡变为高次谐波或频率倍乘的振荡，典型的情况是变为二倍频振荡。一只高通滤波器18插入在源极S和输出端19之间。高通滤波器18把基本振荡反射回到源极S而允许高次谐波振荡通过输出端19。
当从栅极G来看时，在介质振腔13的谐振频率上或在接近于介质谐振腔13的谐振频率的情况下，因而也就是在基本频率上或在接近于基本频率的情况下，栅极电路有绝对值近似等于1的反射系数。在其它频率上，栅边电路是匹配终接的。因此振荡器是带反射型(band-reflection type)。
按上述情况，对在输出端19上得到的高次谐波振荡来说，栅端G是匹配终接的。因而对于高次谐波振荡来说损耗是不可避免的。换句话说，对高次谐波振荡而言，振荡器的振荡效率低。举一个数字的例子，用NEC公司生产和销售的NE900275M型场效应晶体管11，基本频率为9千兆赫的通常的振荡器，其在18千兆赫上的高次谐波的输出近似为15分贝毫瓦。
转到图2，一个具有倍频作用的改进了的通常的介质谐振腔控制的振荡器，它有一个被揭示于上面注明参考的欧洲专利申请中的结构。这个改进了的通常的振荡器包括用同样参考数字标注的类似的一些部份。
必须指出，传输线12有一个与上述第一端一样的开路端。第二端连接到如上的栅极G。高通滤波器18用一段波导来实现，对振荡器的基本振荡来说，这段波导有一个截止的尺寸。这个截止尺寸被指出在上述欧洲专利申请中，顺便指出，一只反馈电容器20被利用在源极S和漏极D之间。
根据欧洲专利申请，改进了的通常的振荡器有结构简单及电特性稳定的优点。尽管这种电路有这些优点，但目前发现可进一步改进现有的电特性，在下文将会明确这一点。
现在参考图3和图4，根据本发明给出的最佳实施例，一个具有倍频作用的介质谐振腔控制或起稳定作用的振荡器包括用相同的参考数字来标注的类似的一些部份。与参考图2所说明的那个改进了的通常的振荡器一样，传输线12的一端开路而另一端连接到场效应管11的栅极G上。在举出的例子中，传输线12是微带传输线。与改进了的通常的振荡器不相同的是栅极偏压加到栅极上时没有通过传输线12，而仅仅是通过栅极偏置端16及一只扼流线圈。
用离开传输线12开路端的第一个长度L1及离开连接到栅极G的另一端的第二个长度L2来指示介质谐振腔电磁耦合到传输线12的所在位置。这也就是说，传输线的总长度等于第一个长度L1与第二个长度L2之和。因此，介质谐振腔13电磁耦合到传输线12的地方是选择在总长度沿线的适当之处。
由栅极G来看，栅极或栅边电路有一个阻抗，在基本频率上或在接近于基本频率的情况下，这个阻抗由介质谐振腔13的品质因数Q、第二个长度L2以及传输线12的特性阻抗来决定。在其它频率上，栅边电路的阻抗取决于总长度及特性阻抗。选择第二个长度L2，使振荡器对基本振荡具有的特性最佳化。
由上面的说明，现在可以理解到栅极电路与改进了的通常的振荡器的栅极电路是不同的，其不同点在于，对所希望的高次谐振频率来说，图3和图4的栅边电路从栅极G来看不是被匹配终接的，而是有一个基本为零的阻抗。换句话来说，对高次谐波振荡来说，栅极G被栅边电路短路。
更特殊地是，给予传输线12的那个总长度，它基本上等于传输线12中高次谐波振荡之波长的四分之三。在这一点上需要注意的是，总长度不精确地等于考虑中的四分之三波长。有各种因素会影响到使振荡器以可能的最高的效率来产生高次谐波的那个总长度。因此，在所论的四分之三波长附近，依靠经验来选择总长度是方便的。
当所述的总长度和位置用这个方法来最佳选择的时候，栅极G被基本振荡驱动或激励。由于非线性的栅一源二极管特性的作用，在高次谐波频率上产生一个电流，并且这个电流被驱动到它的最大强度。通过高通滤波器18，在输出端19上可以从源极S得到一个强的高次谐波的输出。这就能达到提高倍频效率的目的。
事实上，结构如图3所述，基本振荡为9千兆赫的一只介质谐振腔控制的振荡器，可以在18千兆赫上获得19分贝毫瓦的强的倍频输出。场效应晶体管11的型号是前述的N E900275M。漏-源偏压VDS是5伏。漏-源偏置电流IDS是140毫安。输出效率是11.3%，这比前述数字例所获得的效率要高二倍多。
在本发明结合单一的优先实施例以特殊的结构形式被叙述至此的时候，对熟悉专业的人来说将是能够很容易地以各种其它方式来加以实施的。例如，总长度可以比所论的四分之三波长长出一个波长的整数倍。
权利要求
1.一只带有倍频作用的介质谐振腔控制的振荡器，它包括一只具有一个栅极和一个栅边电路的场效应晶体管，这个栅边电路包括一条有予定总长度、一端开路、另一端连接到栅极的传输线以及一个在所述总长度沿线适当位置上电磁耦合到所述传输线的介质谐振腔，所述的振荡器以可能的最高效率来产生一个高次谐波振荡，所述的高次谐波振荡有根据所述介质谐振腔所确定之基本频率的高次谐波频率，其改进在于所述的总长度是被选择的，以致在所述高次谐振频率上或在接近于高次谐波频率的情况下从所述栅极来看时栅边电路有一个基本上为零的阻抗。
2.如权利要求
1所要求的一只介质谐振腔控制的振荡器，所述的场效应晶体管有一个连接到一只用于高次谐波振荡的高通滤波器的源极，所述的总长度被选择为基本上等于所述高次谐波振荡在所述传输线中的波长的四分之三，所述的位置被选择至对所述基本频率的振荡来说所述振荡器最佳。
3.如权利要求
1所要求的一只介质谐振腔控制的振荡器，其中所述的总长度被选择为基本上等于双倍频振荡在所述传输线中所具有的波长的四分之三。
专利摘要
在有倍频的介质谐振腔控制的振荡器中，传输线有一开路端及接到一只FET的栅极上的另一端，传输线带有一只在该传输线的总长度沿线的适当位置上电磁耦合到该传输线上的介质谐振腔。选择该总长度，以致从栅极来看时传输线和介质谐振腔的组合对高次谐波频率来说有一个基本为零的阻抗。总长度选择为倍频振荡在传输线中的波长的四分之三。该位置被选择，以致对由介质腔决定之基本频率的基本振荡来说，使得振荡器最佳。
文档编号H03B19/00GK86105652SQ86105652
公开日1987年1月21日 申请日期1986年7月23日
发明者永田英司 申请人:日本电气株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan