Einleitung Grundlagen Entwurf Zusammenfassung

StudienarbeitOszillator mit keramischem Resonator

Adam Buck

Universität Duisburg-Essen - Hochfrequenztechnik

18. September 2007

Adam Buck Universität Duisburg-Essen

Studienarbeit

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Gliederung

1 Einleitung

2 GrundlagenOszillatorInstabilität / RückkopplungKeramischer Resonator

3 EntwurfOszillatorVerstärkerGesamtsystem

4 Zusammenfassung

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CW-Radar-Projekt

Aufbau eines Radar-Demonstrators

Messung der Geschwindigkeit von Objekten

Dopplerfrequenz ⇒ Geschwindigkeit

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CW-Radar-Projekt

Aufbau eines Radar-Demonstrators

Messung der Geschwindigkeit von Objekten

Dopplerfrequenz ⇒ Geschwindigkeit

Oszillator mit einer Frequenz zwischen 10 und 12 GHz

Stabilisierung mit keramischen Resonator

Transistor: Mitsubishi MGF 1302

Mikrotstrip-Technik

Pu�erverstärker

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Übersicht

1 Einleitung

2 GrundlagenOszillatorInstabilität / RückkopplungKeramischer Resonator

3 EntwurfOszillatorVerstärkerGesamtsystem

4 Zusammenfassung

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Oszillator

Eigenschaften

wandelt Gleichleistung in Wechselleistung um

besteht aus einem aktiven Element und einem passivenfrequenzbestimmenden Element

Anschwingen durch Einschaltprozess oder durch Rauschen

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Oszillator

Eintoroszillator

(ZL + Zin)I = 0

⇒ RL + Rin(I , jω) = 0

⇒ XL + Xin(I , jω) = 0

RL > 0⇒ Rin(I , jω) < 0

XinXL

RL

Negativeresistancedevice

Rtn ,

TL fin(zr) (Zi")

i'l'-tr

. /

-r r-* I

| lt l

Negativer Widerstand : Leistung wird erzeugt oder abgegeben

ΓLΓin = 1, |Γin| > 1

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Instabilität / Rückkopplung

Serielle Rückkopplung zwischen Source und Masse⇒ potentielle Instabilität

K =1− |S11|2 − |S22|2 + |∆|2

2 |S12S21|2

∆ = S11S22 − S12S21

Schaltung ist absolut stabil, wenn K > 1 und |∆| < 1

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Keramischer Resonator

Eigenschaften:

zylinderförmiges Stück Dielektrikum

hohe relative Dielektrizitätskonstante εr (10 < εr < 100)

hohe Güte (Leerlaufgüte > 10000)

geringe Abmessungen

niedriger Preis

leichte Einbaubarkeit in Mikrostreifenschaltungen

mehrere Moden

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Keramischer Resonator

Feldverteilung des TE01 - Modes

elektrisches Feld auf das Innere des Resonators konzentriert

magnetisches Feld besitzt Streufeld

/ m \. / t l r \\ - . ' l \z

H - FeldE- Feld

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Keramischer Resonator

Ankoppeln des Resonators an eine Mikrostreifenleitung

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Keramischer Resonator

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Übersicht

1 Einleitung

2 GrundlagenOszillatorInstabilität / RückkopplungKeramischer Resonator

3 EntwurfOszillatorVerstärkerGesamtsystem

4 Zusammenfassung

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Oszillator

Oszillatorschaltung

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Oszillator

Stabilitätsfaktor

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Oszillator

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Oszillator

Messung des Re�exionsfaktors

Messung ohne Resonator Messung mit Resonator

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Oszillator

Messung des Spektrums

f0 = 12, 2658 GHz

4,92 dBm (3,1 mW)

Frequenz abhängig vom Arbeitspunkt des Transistors

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Verstärker

Entkopplung von der ausgangsseitigen Last

Leistungsanpassung

zo

l - - vYv\-

Y

Inputmatching

circuitGs

- l r TransistortslGo - l r

Outputmatching

circuitGL

r" t t r r t-

4

S' rr in rOut l tLL

Γin = Γ∗S

Γout = Γ∗L

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Verstärker

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Verstärker

Gemessene Verstärkung

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Gesamtsystem

Zusammenschaltung

f0 = 12, 2693 GHz

9,45 dBm (8,73 mW)

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Übersicht

1 Einleitung

2 GrundlagenOszillatorInstabilität / RückkopplungKeramischer Resonator

3 EntwurfOszillatorVerstärkerGesamtsystem

4 Zusammenfassung

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Entwurf: Oszillator + Verstärker

Inbetriebnahme

Oszillatorfrequenz abhängig vom Arbeitspunkt

Zusammenschaltung

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