微波混頻器設計基礎

1、第五講：微波混頻器電路n一、混頻器電路的構成原則及類型n1、原則信號和本振均能有效地加到混頻器二極管上，本振幅度可調，信號損失少。本振信號中頻端口之間要充分隔離20db信號、中頻、直流均有自己的通路。高次諧波能被充分濾除。n2、類型具有上述功能的微波混頻器電路有如下幾種：單端混頻器:最簡單的混頻器電路。用于要求不高的場合單平衡混頻器:電路不復雜,性能好、應用最廣泛。 微波混頻器電路雙平衡混頻器:電路復雜、性能優(yōu)越、在要求很高的場合應用。雙平衡混頻器:電路復雜、性能優(yōu)越、在要求很高的場合應用。以上電路中前三種電路都是鏡像匹配混頻器,重點掌握雙管單平衡混頻器電路形式、原理、分析與設計。 n二、單端

2、混頻器電路 典型的微帶單端平衡混頻器電路如圖4-1所示,信號和本振經(jīng)定向耦合器加于肖特基管上,定向耦合器的耦合度一般取10db左右，太強了則信號損失嚴重;太弱了則本振功率要求太高.管子前面的相移段使管子復數(shù)阻抗變成純電阻再經(jīng)過/4g 串聯(lián)匹配降低輸入端駐波比,管子后面 低/4g微波混頻器電路1定向耦合器；2阻抗變換器；3相移線段；4阻性混頻二極管; 5高頻旁路；6半環(huán)電感及縫隙電容；7中頻和直流通路；8匹配負載圖 5-1微帶型微波單端混頻器的電路結構微波混頻器電路阻線對 高頻有效短路，使信號、本振與中頻端口充分隔離,同時濾除一切高次諧波,偏壓 經(jīng) 變阻抗線加于管子上.終端可視為高頻接地,中頻也

3、經(jīng)此線形成回路。該電路簡易，成本低性能不高。l和f較大,要求本振功率也大。 電路中設計微帶線長度時都是以信號頻率對應的微帶導內(nèi)波長為基準的，一方面是由于信號頻率和本振頻率很接近，按信號波長設計對本振傳輸帶來的影響不大； 另一方面是由于信號功率比較弱，電路設計務必要保證信號的損失最小，因此只能犧牲部分本振功率。0v/4g微波混頻器電路n三、雙管單平衡混頻器電路 平衡混頻器電路的主要優(yōu)點是: 抑制本振噪聲及部分寄生頻率 端口隔離度高 增大動態(tài)范圍、提高管子抗燒毀能力 有效利用本振功率微波混頻器電路n1、反相型平衡混頻器原理及電路 在平衡混頻器中，本振功率和信號功率經(jīng)輸入電路耦合等幅加于二個管子上。

4、混頻后兩管的中頻信號疊加輸出。如果二極管上本振信號是反向的稱為本振反相型平衡混頻器。如果信號是反相的則稱信號反相型平衡混頻器。從有效抑制本振噪聲角度看，前者比后者優(yōu)越。故實際上多用本振反相型平衡混頻器。本振反相型平衡混頻器電路如圖5-2所示由圖可知： 12cosssssuuvt1cosllluvt2cos()llluvt微波混頻器電路1i2i1sv2sv1d2dgrsv信號中頻圖5-2本振反相型平衡混頻器等效電路微波混頻器電路兩管的混頻跨導分別為：流過兩管的電流分別為：1( )012costnlngggnt2( )012cos()tnlngggntn11( )012coscostsnlssni

5、guggnt vt22( )012cos()costsnlssniguggntnvt微波混頻器電路其中中頻電流成分為：混頻后產(chǎn)生的中頻噪聲輸出為：0111002110cos()coscos()cossslssslsigvtgvtigvtgvt 00102102cossiiigvt1cosnnnuvt2cos()nnnuvt總輸出中頻電流為：對隨同本振進入的噪聲：1110cos()cosnnnlnnigvtgvt微波混頻器電路在輸出端實際輸出的噪聲電流為：2110cos ()()cosnnnlnnigvttgvt120lnnniii 本振是個大信號，其噪聲電平較高，在輸出端被有效抵消可有效改善噪

6、聲性能。對混頻后產(chǎn)生的高次諧波電流：12cos()cos ()nslsnslsig vntig vntn輸出：122cos21nslsiiig vit n為偶數(shù)的高次諧波電流被完全抵消，只剩下奇次諧波電流，所以電路本身抵消了一半高次諧波電流分量。下面幾種電路都屬于反相平衡混頻器電路：微波混頻器電路 a）微帶混合環(huán)反相平衡混頻器微波混頻器電路 b）微帶分支線反相平衡混頻器微波混頻器電路 c）波導正交場平衡混頻器微波混頻器電路信號功率和本振功率分別以（a）（b）方式加入二管：可以看出，信號功率同相等幅加于二管，本振信號等幅反相加于二管。本振場和信號場是互相垂直的，名曰正交場，該混頻器頻帶寬、隔離好

7、圖5-3混頻腔內(nèi)的電場分布(a) 信號電場分布；(b) 本振電場分布 微波混頻器電路n2、/2型（90）移相型平衡混頻器 這種混頻器的輸入端是一個分交電橋，加到兩管上的信號相位差為/2。本振也是，故稱/2移相型平衡混頻器。通過下面分析可知這類混頻器也在輸出端是混頻中頻電流疊加輸出。由圖5-4可知：1212coscos()2cos()2cos()sssssslllllluvtuvtuvtuvt微波混頻器電路1d1d2d本振4g4g0usulu信號中頻輸出圖5-4微波混頻器電路混頻電導為：混頻電流為：中頻電流為：1( )012cos()2tnlngggntn2( )012cos()tnlngggn

8、tn11( )1012cos()cos2tsnlssniguggntnvt22( )2012cos()cos()2tsnlssniguggntnvt01110cos ()cos()22sslsigvtgvt微波混頻器電路輸出中頻電流為：n四、其它混頻器電路n1、雙平衡混頻器 雙平衡混頻器原理電路如下圖所示。四管位于環(huán)行橋四臂，本振和信號分別加于兩臂，中頻從兩變壓器次極中心抽頭取出。如圖5-5所示：0211001cos ()cos()22sslsigvtgvti 00102011022cos()2siiiigvt進一步還可證明，該類混頻器也能消除本振噪聲和部分高次諧波分量。微波混頻器電路圖5-5

9、雙平衡混頻器電路（a）低頻電路（b）等效電路微波混頻器電路優(yōu)點：抑制本振噪聲和高頻互調干擾更有效。信號-本振更好隔離。管子動態(tài)范圍大，抗燒毀更好。信號： 上信號反相； 上信號反相； 和 上相位差。本振： 上本振反相； 上本振反相； 和 上相位差。n2、鏡像回收混頻器014cos()ssligvt12dd、34dd、12dd、34dd、14dd、23dd、14dd、23dd、 在管子輸入端加并、串聯(lián)諧振通路接地（或串、并聯(lián)諧振通路接地），諧振頻率為 ，形成鏡頻短（開）路，并且位置要調整到剛好使鏡頻和本振二次混頻后的中頻和一次混頻的中頻同相疊加，可回收鏡頻能量，提高混頻器i微波混頻器電路性能。如圖5-6所示：圖5-6鏡像回收平衡混頻器（a）鏡像短路平衡混頻器（b）鏡像開路平衡混頻器微波混頻器電路n3、寬帶混頻器n五、微波混頻器的設計n1、設計依據(jù) 其電路原理與一般混頻器相同，但輸入電路的功率耦合器和匹配電路必須按寬頻特性設計。 中心頻率及帶寬 變頻損耗與噪聲系數(shù) 中頻頻率 標準阻抗及外部連接條件（波導、同軸、微帶） 隔離度及其它12ff02ff微波混頻器電路n2、設計步驟由上面“”選傳輸線類型由“”等選用或設計本由