第11章 其他常用微波電路--魏峰

1、射頻射頻/ /微波電路導(dǎo)論微波電路導(dǎo)論 2西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室11.1 隔離器與環(huán)形器11.2 混頻器與檢波器11.3 倍頻器和分頻器 11.4 開關(guān)與相移器3西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室隔離器又稱單向器，它是一種允許電磁波單向傳輸?shù)膬啥烁綦x器又稱單向器，它是一種允許電磁波單向傳輸?shù)膬啥丝谄骷谄骷涫疽鈭D如圖，其示意圖如圖11-111-1所示。從端口所示。從端口向端口向端口傳輸?shù)膫鬏數(shù)恼螂姶挪ㄋp很小，而從端口正向電磁波衰減很小，而從端口向端口向端口傳輸?shù)姆聪虿▌t傳輸?shù)姆聪虿▌t有很大的衰減。在微波系統(tǒng)中，經(jīng)常把隔離器

2、接在信號發(fā)生有很大的衰減。在微波系統(tǒng)中，經(jīng)常把隔離器接在信號發(fā)生器與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)之間，以改善源與負(fù)載的匹配。這樣可以使得器與負(fù)載網(wǎng)絡(luò)之間，以改善源與負(fù)載的匹配。這樣可以使得來自負(fù)載的反射功率不能返回發(fā)生器輸入端，避免負(fù)載阻抗來自負(fù)載的反射功率不能返回發(fā)生器輸入端，避免負(fù)載阻抗改變而引起的發(fā)生器輸出功率和工作頻率的改變。改變而引起的發(fā)生器輸出功率和工作頻率的改變。124西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 常用的環(huán)行器是三端口元件，信號傳輸可以是順時針常用的環(huán)行器是三端口元件，信號傳輸可以是順時針方向，也可是逆時針方向。方向，也可是逆時針方向。環(huán)行器可以用作隔離器，更環(huán)行器可

3、以用作隔離器，更多場合是與其他電子器件一起構(gòu)成微波電路。多場合是與其他電子器件一起構(gòu)成微波電路。 一般地，隔離器和環(huán)行器是在微波結(jié)構(gòu)中放入鐵氧體一般地，隔離器和環(huán)行器是在微波結(jié)構(gòu)中放入鐵氧體材料，外加恒定磁場，在這個區(qū)域構(gòu)成各向異性介質(zhì)。材料，外加恒定磁場，在這個區(qū)域構(gòu)成各向異性介質(zhì)。電磁波在這種媒體中三個方向的傳輸常數(shù)是不同的，從電磁波在這種媒體中三個方向的傳輸常數(shù)是不同的，從而可實現(xiàn)單向傳輸。鐵氧體材料是一種電子陶瓷，材料而可實現(xiàn)單向傳輸。鐵氧體材料是一種電子陶瓷，材料配方和工藝多種多樣，隨鐵氧體的使用場合而定。配方和工藝多種多樣，隨鐵氧體的使用場合而定。5西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智

4、能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 11.1.1 11.1.1 隔離器的技術(shù)指標(biāo)隔離器的技術(shù)指標(biāo)隔離器和環(huán)行器的技術(shù)指標(biāo)是：工作頻帶、最大正向隔離器和環(huán)行器的技術(shù)指標(biāo)是：工作頻帶、最大正向衰減量衰減量+、最小反向衰減量、最小反向衰減量-、正反向駐波比、功率、正反向駐波比、功率容量等。這些指標(biāo)的定義在前述各種電路中都遇到過，容量等。這些指標(biāo)的定義在前述各種電路中都遇到過，在此不再贅述。在此不再贅述。好的指標(biāo)是正向衰減盡可能?。ê玫闹笜?biāo)是正向衰減盡可能?。?.5 dB0.5 dB以下），反向以下），反向衰減盡可能大衰減盡可能大(25 dB(25 dB以上以上) )，駐波比盡可能小（，駐波比盡可能小（1.

5、21.2以以下），頻帶和功率容量滿足整機要求。下），頻帶和功率容量滿足整機要求。6西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 11.1.2 11.1.2 隔離器的原理隔離器的原理 從原理上講，不論是縱向磁化鐵氧體還是橫向磁化鐵氧體都有可從原理上講，不論是縱向磁化鐵氧體還是橫向磁化鐵氧體都有可能實現(xiàn)單方向的隔離作用，因此將它填充于各種傳輸線段中，形能實現(xiàn)單方向的隔離作用，因此將它填充于各種傳輸線段中，形成不同的隔離器。成不同的隔離器。 1. 1. 諧振式隔離器諧振式隔離器 1) 1) 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 波導(dǎo)型諧振式隔離器的基本原理是鐵磁諧振效應(yīng)。在鐵磁諧振波導(dǎo)型諧振式隔離器的基

6、本原理是鐵磁諧振效應(yīng)。在鐵磁諧振頻率附近（頻率附近（=0 0），橫向磁化的鐵氧體強烈地吸收右旋圓極化），橫向磁化的鐵氧體強烈地吸收右旋圓極化波的能量，而使右旋波受到很大的衰減，左旋波損耗很小。如圖波的能量，而使右旋波受到很大的衰減，左旋波損耗很小。如圖11-211-2所示，鐵氧體片在矩形波導(dǎo)內(nèi)的位置應(yīng)該是電磁波磁場為圓所示，鐵氧體片在矩形波導(dǎo)內(nèi)的位置應(yīng)該是電磁波磁場為圓極化的地方，矩形波導(dǎo)中極化的地方，矩形波導(dǎo)中1010模的磁場分布，沿模的磁場分布，沿正正z方向為圖方向為圖（b），沿負(fù)沿負(fù)z方向為圖（方向為圖（c）。理想情況下）。理想情況下，正向無衰減正向無衰減，反向無反向無傳輸。傳輸。 7西

7、安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-2 波導(dǎo)諧振式隔離器 xx1H0yx1187456321正向左旋34521876x1123456781反向右旋76543218(a)(b)(c)8西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 2) 2) 微帶型微帶型微帶結(jié)構(gòu)在微波電路中用途很廣。圖微帶結(jié)構(gòu)在微波電路中用途很廣。圖11-311-3是微帶型鐵是微帶型鐵氧體諧振式隔離器。由于氧體諧振式隔離器。由于諧振原理諧振原理，這種隔離器的頻帶這種隔離器的頻帶比較窄比較窄，一般不超過中心頻率的一般不超過中心頻率的10。 圖 11-3 微帶型諧振式隔離器yz鐵氧體H

8、dcwhxO9西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室橫向偏置的鐵氧體條置于微帶線旁，電磁波磁場圓極橫向偏置的鐵氧體條置于微帶線旁，電磁波磁場圓極化方向與鐵氧體內(nèi)感應(yīng)電流引起的磁場一致，電磁波交化方向與鐵氧體內(nèi)感應(yīng)電流引起的磁場一致，電磁波交給鐵氧體能量，鐵氧體發(fā)熱。給鐵氧體能量，鐵氧體發(fā)熱。2. 2. 場移式隔離器場移式隔離器1) 1) 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖如圖11-4 所示，矩形波導(dǎo)中所示，矩形波導(dǎo)中TE10模磁場為圓極化，在模磁場為圓極化，在x1處放置一塊鐵氧體片，并加有垂直于波導(dǎo)寬壁的橫向處放置一塊鐵氧體片，并加有垂直于波導(dǎo)寬壁的橫向恒定磁場恒定磁場H0（負(fù)（負(fù)y方

9、向），在鐵氧體片面向?qū)挶谥芯€的方向），在鐵氧體片面向?qū)挶谥芯€的一側(cè)再附加一片薄的吸收片。一側(cè)再附加一片薄的吸收片。10西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 圖 11-4 波導(dǎo)場移式隔離器(a) 結(jié)構(gòu)示意圖； (b) 電場分布 鐵氧體片H0吸收片yz(a)鐵氧體片x正向波反向波未放鐵氧體片(b)Ox111西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室場移式隔離器的工作原理與諧振式的不同，區(qū)別在于它不場移式隔離器的工作原理與諧振式的不同，區(qū)別在于它不是工作在是工作在=0的諧振區(qū)，而是工作在的諧振區(qū)，而是工作在0/1的低場區(qū)，即外的低場區(qū)，即外加磁場加磁場H0小

10、于諧振時的磁場。鐵氧體顯示出小于諧振時的磁場。鐵氧體顯示出“抗磁抗磁”性質(zhì)，對性質(zhì)，對微波磁場起排斥作用。所以，對右旋波來說，鐵氧體內(nèi)部的電微波磁場起排斥作用。所以，對右旋波來說，鐵氧體內(nèi)部的電磁場強很弱，電磁能量主要在鐵氧體外邊的波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，電磁場強很弱，電磁能量主要在鐵氧體外邊的波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，電場分量場分量Ey在鐵氧體內(nèi)側(cè)與空氣的交界面上為最小值，而對于左在鐵氧體內(nèi)側(cè)與空氣的交界面上為最小值，而對于左旋波，由于鐵氧體的介電常數(shù)較大，電磁場集中于鐵氧體片內(nèi)旋波，由于鐵氧體的介電常數(shù)較大，電磁場集中于鐵氧體片內(nèi)部及其附近傳輸，在鐵氧體內(nèi)側(cè)與空氣的交界面上，電場強度部及其附近傳輸，在鐵氧體內(nèi)側(cè)

11、與空氣的交界面上，電場強度Ey有最大值，這種場分布的差異稱為場移效應(yīng)，如圖有最大值，這種場分布的差異稱為場移效應(yīng)，如圖11-4(b)所所示。示。12西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室2) 2) 微帶型微帶型如圖如圖11 - 5 11 - 5 所示的鐵氧體表面的微帶線在偏置磁場所示的鐵氧體表面的微帶線在偏置磁場作用下，電磁場會偏離中心向一邊移動，在微帶線旁放作用下，電磁場會偏離中心向一邊移動，在微帶線旁放置一塊吸波材料，就會吸收電磁波的能量。如果將偏置置一塊吸波材料，就會吸收電磁波的能量。如果將偏置磁場改變方向或電磁波從另一方向來，則不會有影響。磁場改變方向或電磁波從另

12、一方向來，則不會有影響?，F(xiàn)有場移式隔離器指標(biāo)為現(xiàn)有場移式隔離器指標(biāo)為6.06.012 GHz12 GHz，反向衰，反向衰減減20 dB，正向衰減正向衰減1.5 dB，比諧振式隔離器頻帶寬。比諧振式隔離器頻帶寬。 13西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-5 微帶場移式隔離器hw磁力線電力線x鐵氧體Hdc金屬導(dǎo)帶損耗材料(a)(b)HdcyO14西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室與諧振式隔離器相比較，場移式隔離器的優(yōu)點是所需偏與諧振式隔離器相比較，場移式隔離器的優(yōu)點是所需偏置磁場置磁場H H0 0的值較低，減輕了磁鐵的重量，有利于做出更高

13、的值較低，減輕了磁鐵的重量，有利于做出更高頻率的隔離器。缺點是損耗發(fā)生在很薄的吸收片中，散熱頻率的隔離器。缺點是損耗發(fā)生在很薄的吸收片中，散熱受到限制，能承受的功率有限。受到限制，能承受的功率有限。3. 法拉第旋轉(zhuǎn)式隔離器法拉第旋轉(zhuǎn)式隔離器 波導(dǎo)型法拉第旋轉(zhuǎn)式隔離器如圖波導(dǎo)型法拉第旋轉(zhuǎn)式隔離器如圖11-6 所示。圖中所示。圖中1和和6是是矩形波導(dǎo)，它們的橫截面互成矩形波導(dǎo)，它們的橫截面互成45的角。的角。7和和8是吸收薄片，是吸收薄片，也互成也互成45的夾角。的夾角。2和和5是矩形波導(dǎo)是矩形波導(dǎo)10模到圓波導(dǎo)模到圓波導(dǎo)TE11模的轉(zhuǎn)換器。模的轉(zhuǎn)換器。4是產(chǎn)生縱向磁場的螺線線圈。是產(chǎn)生縱向磁場的

14、螺線線圈。3是兩端是兩端做成錐形的鐵氧體圓桿。選擇鐵氧體的長度做成錐形的鐵氧體圓桿。選擇鐵氧體的長度l和縱向恒磁場和縱向恒磁場H0的大小，的大小，使得經(jīng)過圓波導(dǎo)后電磁波的極化面有使得經(jīng)過圓波導(dǎo)后電磁波的極化面有45的旋的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。 15西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室12734586H0圖11-6 法拉第旋轉(zhuǎn)式隔離器16西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室11.1.3 環(huán)行器環(huán)行器環(huán)行器是一個多端口器件，其中電磁波的傳輸只能沿單方環(huán)行器是一個多端口器件，其中電磁波的傳輸只能沿單方向環(huán)行，例如在圖向環(huán)行，例如在圖11-7 中，信號只能沿中，信號

15、只能沿方方向傳輸，反方向是隔離的。在近代雷達和微波多路通信系統(tǒng)中向傳輸，反方向是隔離的。在近代雷達和微波多路通信系統(tǒng)中都要用單方向環(huán)行特性的器件。在微波多路通信系統(tǒng)中，用環(huán)都要用單方向環(huán)行特性的器件。在微波多路通信系統(tǒng)中，用環(huán)行器可以把不同頻率的信號分隔開，如圖行器可以把不同頻率的信號分隔開，如圖11-8 所示，不同頻所示，不同頻率的信號由環(huán)行器率的信號由環(huán)行器的的臂進入臂進入臂，接在臂，接在臂上的帶通濾波臂上的帶通濾波器器F1只允許頻率為只允許頻率為f1f的信號通過，其余頻率的信號全部被的信號通過，其余頻率的信號全部被反射進入反射進入臂，濾波器臂，濾波器F2通過了頻率為通過了頻率為f2f的信

16、號并反射其的信號并反射其余頻率的信號。這些信號通過余頻率的信號。這些信號通過臂進入環(huán)行器臂進入環(huán)行器的的臂臂 于是可以依次將不同頻率的信號分隔開。于是可以依次將不同頻率的信號分隔開。17西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-7 四端口環(huán)行器示意圖431218西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-8 用環(huán)行器分隔出不同頻率信號 F1F2F3F4f1 , f2 , , fn1432f1f2f3f4231419西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室環(huán)行器的原理依然是磁場偏置鐵氧體材料各向異性特環(huán)行器的原理依然是磁場

17、偏置鐵氧體材料各向異性特性。性。微波結(jié)構(gòu)有微帶式、波導(dǎo)式、帶狀線和同軸式，其微波結(jié)構(gòu)有微帶式、波導(dǎo)式、帶狀線和同軸式，其中以微帶三端環(huán)行器用的最多，微帶環(huán)行器結(jié)構(gòu)如圖中以微帶三端環(huán)行器用的最多，微帶環(huán)行器結(jié)構(gòu)如圖11 11 - 9 - 9 所示，用鐵氧體材料作介質(zhì)，上置導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)，加恒所示，用鐵氧體材料作介質(zhì)，上置導(dǎo)帶結(jié)構(gòu)，加恒定磁場定磁場H Hdcdc，就具有環(huán)行特性。如果改變偏置磁場的方向，就具有環(huán)行特性。如果改變偏置磁場的方向，環(huán)行方向就會改變。環(huán)行方向就會改變。20西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-9 微帶環(huán)行器結(jié)構(gòu)鐵氧體接金屬盤地Hdc磁場L1L2(

18、a)金屬盤鐵氧體地L3L2L1(b)2120120120021西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室下面給出常用結(jié)構(gòu)和用途示例，如圖下面給出常用結(jié)構(gòu)和用途示例，如圖 11-10 11-10 和圖和圖 11-11 11-11 所示。所示。圖 11-10 鐵氧體環(huán)行器（a） 三端環(huán)行器示意圖; （b） 波導(dǎo)結(jié)構(gòu); （c） 微帶結(jié)構(gòu)1負(fù)載環(huán)行器132132(b)(a)(c)H222西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-11 鐵氧體環(huán)行器應(yīng)用（a） 用作隔離器; （b） 用作雙工器; （c） 用作移相器; （d） 用于注入鎖定放大器發(fā)射機接收機12

19、3213(a)(b)32l1可調(diào)短路器IMPATT或GUNN器件321輸入輸出(c)(d)23西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室混頻器和檢波器是頻率變換電路?；祛l器是超外差接收機和測量儀混頻器和檢波器是頻率變換電路?；祛l器是超外差接收機和測量儀器的前端電路，與本振源結(jié)合，把信號源頻率降為中頻信號，送入器的前端電路，與本振源結(jié)合，把信號源頻率降為中頻信號，送入中頻處理電路。檢波器直接提取信號包絡(luò)，通常用于功率檢測。中頻處理電路。檢波器直接提取信號包絡(luò)，通常用于功率檢測。 11.2.1 混頻器的主要技術(shù)指標(biāo)混頻器的主要技術(shù)指標(biāo)混頻器是前端電路，其性能指標(biāo)直接關(guān)系到接收機的

20、特性?；祛l器是前端電路，其性能指標(biāo)直接關(guān)系到接收機的特性。(1) 變頻損耗。變頻損耗。盡管混頻器的器件工作方式是幅度非線性，但我們希望它是一個盡管混頻器的器件工作方式是幅度非線性，但我們希望它是一個線性移頻器。變頻后的輸出信號的幅度變化就是變頻損耗或增益。線性移頻器。變頻后的輸出信號的幅度變化就是變頻損耗或增益。一般地，無源混頻器都是變頻損耗。二極管混頻器的變頻損耗包括一般地，無源混頻器都是變頻損耗。二極管混頻器的變頻損耗包括混合網(wǎng)絡(luò)損耗（混合網(wǎng)絡(luò)損耗（1.5 dB左右）、邊帶損耗（左右）、邊帶損耗（3 dB左右）、諧波損耗左右）、諧波損耗（1 dB左右）和二極管電阻損耗（左右）和二極管電阻損

21、耗（1.5 dB左右），典型值為左右），典型值為7 dB左左右。右。24西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 (2) (2)噪聲系數(shù)噪聲系數(shù): : 描述信號經(jīng)過混頻器后質(zhì)量變壞的程度，定義為輸入描述信號經(jīng)過混頻器后質(zhì)量變壞的程度，定義為輸入信號的信噪比與輸出信號的信噪比的比值。這個值的大信號的信噪比與輸出信號的信噪比的比值。這個值的大小主要取決于變頻損耗，還與電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)。肖特基小主要取決于變頻損耗，還與電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)。肖特基二極管的導(dǎo)通電流直接影響混頻器的白噪聲，這個白噪二極管的導(dǎo)通電流直接影響混頻器的白噪聲，這個白噪聲隨電路的不同而不同，在混頻器的變頻損耗上增加一

22、聲隨電路的不同而不同，在混頻器的變頻損耗上增加一個小量。如變頻損耗為個小量。如變頻損耗為6dB6dB，白噪聲為，白噪聲為0.413dB0.413dB，則噪聲，則噪聲系數(shù)為系數(shù)為 6.413dB6.413dB。 這種增加量隨本振功率的變化不是線性的。表這種增加量隨本振功率的變化不是線性的。表11 - 111 - 1給出雙平衡混頻器的本振功率與噪聲系數(shù)、變給出雙平衡混頻器的本振功率與噪聲系數(shù)、變頻損耗之頻損耗之間的典型關(guān)系。可以看出間的典型關(guān)系?？梢钥闯?，混頻器性能與本振功率有最混頻器性能與本振功率有最佳值。佳值。 25西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室表11-1 雙平衡

23、混頻器本振與特性關(guān)系26西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 (3) (3) 線性特性。線性特性。1dB1dB壓縮點壓縮點: : 與第與第8 8章的定義相同。在輸入射頻信號的章的定義相同。在輸入射頻信號的某個值上，輸出中頻信號不再線性增加，而是快速趨于某個值上，輸出中頻信號不再線性增加，而是快速趨于飽和。拐點與線性增加相差飽和。拐點與線性增加相差 1dB1dB的信號電平?；祛l器的的信號電平?；祛l器的 1 dB1 dB壓縮點與本振功率有關(guān)，因為混頻器是本振功率驅(qū)壓縮點與本振功率有關(guān)，因為混頻器是本振功率驅(qū)動的非線性電阻變頻電路。對于雙平衡混頻器，動的非線性電阻變頻電路。對

24、于雙平衡混頻器，1dB1dB壓壓縮點比本振功率低縮點比本振功率低 6dB6dB。1dB1dB減敏點減敏點: : 描述混頻器的靈敏度遲鈍的特性，與描述混頻器的靈敏度遲鈍的特性，與1 1 dBdB壓縮點有關(guān)，也是雷達近距離壓縮點有關(guān)，也是雷達近距離盲區(qū)的機理。對于雙平盲區(qū)的機理。對于雙平衡混頻器衡混頻器，1 dB減敏點比減敏點比 1 dB壓縮點低壓縮點低23 dB。 27西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室動態(tài)范圍動態(tài)范圍: : 最小靈敏度與最小靈敏度與 1 dB1 dB壓縮點的距離，用壓縮點的距離，用dBdB表示。通常的動態(tài)范圍要大于表示。通常的動態(tài)范圍要大于60dB60

25、dB。 動態(tài)范圍的提高，動態(tài)范圍的提高，意味著系統(tǒng)的成本大幅度增加。意味著系統(tǒng)的成本大幅度增加。諧波交調(diào)：與本振和信號有關(guān)的交調(diào)雜波輸出。諧波交調(diào)：與本振和信號有關(guān)的交調(diào)雜波輸出。三階交調(diào)：輸入兩個信號時的三階交調(diào)：輸入兩個信號時的IP3IP3，定義為，定義為1dB1dB壓縮點壓縮點與三階輸出功率線的距離。與三階輸出功率線的距離。(4) (4) 本振功率。混頻器的指標(biāo)受本振功率控制。若本振本振功率?；祛l器的指標(biāo)受本振功率控制。若本振功率不夠，混頻器就達不到預(yù)定指標(biāo)。產(chǎn)品混頻器都是功率不夠，混頻器就達不到預(yù)定指標(biāo)。產(chǎn)品混頻器都是按功率按功率dBmdBm值分類的，如值分類的，如7dBm7dBm、1

26、0dBm10dBm、17dBm17dBm本振本振（LOLO）。）。 28西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室(5) (5) 端口隔離。端口隔離。 三個端口三個端口LOLO、RFRF、IFIF頻率不同，互相隔離指標(biāo)，頻率不同，互相隔離指標(biāo)，dBdB越高越高越好。端口隔離與電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)、器件和信號電平有關(guān)，越好。端口隔離與電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)、器件和信號電平有關(guān)，一般要大于一般要大于20 dB20 dB。(6) (6) 端口端口VSWRVSWR。 三個端口的駐波比越小越好。尤其是三個端口的駐波比越小越好。尤其是RFRF口，它會影響到整機靈敏度?？冢鼤绊懙秸麢C靈敏度。(7)

27、(7) 直流極性。一般地，射頻和本振同相時，混頻器的直直流極性。一般地，射頻和本振同相時，混頻器的直流成分是負(fù)極性。流成分是負(fù)極性。(8) (8) 功率消耗。功耗是所有電池供電設(shè)備的首要設(shè)計因素。功率消耗。功耗是所有電池供電設(shè)備的首要設(shè)計因素。無源混頻器消耗無源混頻器消耗LOLO功率，而功率，而LOLO消耗直流功率，消耗直流功率，LOLO功率越大，功率越大，消耗直流功率越多。混頻器的輸出阻抗對中放的要求也會消耗直流功率越多?；祛l器的輸出阻抗對中放的要求也會影響中放的直流功耗。影響中放的直流功耗。29西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室11.2.2 11.2.2 混頻器的

28、原理與設(shè)計混頻器的原理與設(shè)計1. 混頻器的原理混頻器的原理理想的混頻器是一個開關(guān)或乘法器，如圖理想的混頻器是一個開關(guān)或乘法器，如圖11 - 12 所示，本所示，本振激勵信號（振激勵信號（LO，fp）和載有調(diào)制信息的接收信號（）和載有調(diào)制信息的接收信號（RF，fs）經(jīng)過乘法器后得到許多頻率成分的組合，經(jīng)過一個濾波器后得經(jīng)過乘法器后得到許多頻率成分的組合，經(jīng)過一個濾波器后得到中頻信號（到中頻信號（IF， fIF）。）。30西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-12 理想混頻器濾波器RFA(t)cosstcosLtLO混頻器上變頻ttA)cos()(21sL下變頻tt

29、A)cos()(21sL)cos(21)cos(21)(sLsLtttA31西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室通常，通常，RF的功率比的功率比LO的小的多，不考慮調(diào)制信號的的小的多，不考慮調(diào)制信號的影響，乘法器的輸出頻率為影響，乘法器的輸出頻率為fd=nfpfs （11 - 1）微波工程中，可能的輸出信號為三個頻率之一微波工程中，可能的輸出信號為三個頻率之一: 差頻或超外差差頻或超外差 fIF=fp-fs 諧波混頻諧波混頻fIF=nfp-fs 和頻或上變頻和頻或上變頻fIF=fp+fs32西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室最關(guān)心的是超外差頻率

30、，絕大部分接收機都是超外差最關(guān)心的是超外差頻率，絕大部分接收機都是超外差工作，采用中頻濾波器取出差頻，反射和頻，使和頻信工作，采用中頻濾波器取出差頻，反射和頻，使和頻信號回到混頻器再次混頻。外差混頻器的頻譜如圖號回到混頻器再次混頻。外差混頻器的頻譜如圖11 - 11 - 13 13 所示，所示，RFRF的頻率關(guān)于的頻率關(guān)于LOLO的頻率對稱點為的頻率對稱點為RFRF的鏡頻。的鏡頻。鏡頻的功率和信號的功率相同，由于鏡頻與信號的頻率鏡頻的功率和信號的功率相同，由于鏡頻與信號的頻率很近很近，可以進入信號通道而消耗在信號源內(nèi)阻。恰當(dāng)處可以進入信號通道而消耗在信號源內(nèi)阻。恰當(dāng)處理鏡頻理鏡頻，能夠改善混頻

31、器的指標(biāo)。能夠改善混頻器的指標(biāo)。 33西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-13 超外差混頻器的頻譜2fIFffifLOfRFfIFO輻度34西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室LOLO控制的開關(guān)特性可以用幾種電子器件構(gòu)成，肖特基控制的開關(guān)特性可以用幾種電子器件構(gòu)成，肖特基二極管在二極管在LOLO的正半周低阻，負(fù)半周高阻近似為開關(guān)。在的正半周低阻，負(fù)半周高阻近似為開關(guān)。在FETFET中，改變柵源電壓的極性，漏源之間的電阻可以從中，改變柵源電壓的極性，漏源之間的電阻可以從幾歐姆變到幾千歐姆。在射頻或微波低端，幾歐姆變到幾千歐姆。在射頻或微波

32、低端，F(xiàn)ETFET可以不可以不要要DCDC偏置，而工作于無源狀態(tài)。偏置，而工作于無源狀態(tài)。BJTBJT混頻器與混頻器與FETFET類似。類似。根據(jù)開關(guān)器件的數(shù)量和連接方式，混頻器可以分為三根據(jù)開關(guān)器件的數(shù)量和連接方式，混頻器可以分為三種種: : 單端、單平衡、雙平衡。圖單端、單平衡、雙平衡。圖11-1411-14是三種混頻器的是三種混頻器的原理結(jié)構(gòu)。微波實現(xiàn)方式就是要用微波傳輸線結(jié)構(gòu)完成原理結(jié)構(gòu)。微波實現(xiàn)方式就是要用微波傳輸線結(jié)構(gòu)完成各各耦合電路和輸出濾波器耦合電路和輸出濾波器，耦合電路和輸出濾波器具有耦合電路和輸出濾波器具有各端口的隔離作用。各端口的隔離作用。 35西安電子科技大西安電子科技

33、大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-14 三種混頻器的原理結(jié)構(gòu)耦合器低通濾波器LORFIF(a)RFIFLOIFLO(b)(c)RF36西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室單端混頻器的優(yōu)點如下：單端混頻器的優(yōu)點如下：(1) (1) 結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在微波頻率高端，混合電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在微波頻率高端，混合電路難于實現(xiàn)的情況下更有優(yōu)勢。難于實現(xiàn)的情況下更有優(yōu)勢。(2) (2) 變頻損耗小，只有一個管子消耗功率。變頻損耗小，只有一個管子消耗功率。(3) (3) 本振功率小，只需驅(qū)動一個開關(guān)管。本振功率小，只需驅(qū)動一個開關(guān)管。 (4) 容易容易DC偏置偏置，進一

34、步降低本振功率。進一步降低本振功率。 37西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室單端混頻器的缺點如下單端混頻器的缺點如下: :(1) (1) 對輸入阻抗敏感。對輸入阻抗敏感。(2) (2) 不能抑制雜波和部分諧波。不能抑制雜波和部分諧波。(3) (3) 不能容忍大功率。不能容忍大功率。(4) (4) 工作頻帶窄。工作頻帶窄。(5) (5) 隔離較差。隔離較差。單平衡混頻器和雙平衡混頻器的優(yōu)缺點與單端混頻器單平衡混頻器和雙平衡混頻器的優(yōu)缺點與單端混頻器相反。根據(jù)整機要求，選擇合適的混頻器結(jié)構(gòu)，再進行相反。根據(jù)整機要求，選擇合適的混頻器結(jié)構(gòu)，再進行詳細(xì)設(shè)計。詳細(xì)設(shè)計。38西安

35、電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室2. 2. 單端混頻器設(shè)計單端混頻器設(shè)計經(jīng)典的單端混頻器在寬頻帶、經(jīng)典的單端混頻器在寬頻帶、 大動態(tài)的現(xiàn)代微波系大動態(tài)的現(xiàn)代微波系統(tǒng)中極少使用，但在毫米波段和應(yīng)用微波系統(tǒng)中還有不統(tǒng)中極少使用，但在毫米波段和應(yīng)用微波系統(tǒng)中還有不少使用場合。設(shè)計的主要內(nèi)容就是為三個信號提供通道，少使用場合。設(shè)計的主要內(nèi)容就是為三個信號提供通道，如圖如圖11-15 11-15 所示。所示。39西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 圖 11-15 單端混頻器原理和微帶結(jié)構(gòu)(a) 基本原理；fsLORFfIFZIFfL(a)40西安電子科技

36、大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 圖 11-15 單端混頻器原理和微帶結(jié)構(gòu) (b) 微帶原理；ZIFZ0LORF41西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 圖 11-15 單端混頻器原理和微帶結(jié)構(gòu) (c) 微帶實現(xiàn)100 阻抗變換器20fIFg / 4g / 450 負(fù)載PRFg / 5PIO(c)42西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室單端混頻器的設(shè)計困難是輸入端的匹配，二極管的非線性特單端混頻器的設(shè)計困難是輸入端的匹配，二極管的非線性特性使得混頻器的輸入阻抗是時變的，無法用網(wǎng)絡(luò)分析儀測出靜性使得混頻器的輸入阻抗是時變的，無法用網(wǎng)

37、絡(luò)分析儀測出靜態(tài)阻抗，只能得到折中的估計值。態(tài)阻抗，只能得到折中的估計值。 3. 3. 單平衡混頻器設(shè)計單平衡混頻器設(shè)計單平衡混頻器的優(yōu)點在于抑制本振噪聲，抵消部分諧波。以單平衡混頻器的優(yōu)點在于抑制本振噪聲，抵消部分諧波。以本振功率的增加來提高動態(tài)范圍，要用到平衡混合網(wǎng)絡(luò)，這會本振功率的增加來提高動態(tài)范圍，要用到平衡混合網(wǎng)絡(luò)，這會帶來一定的損耗。帶來一定的損耗。常用的平衡混合網(wǎng)絡(luò)為常用的平衡混合網(wǎng)絡(luò)為180180和和9090兩種。微波結(jié)構(gòu)在兩種。微波結(jié)構(gòu)在5 GHz5 GHz以上用分支線或環(huán)行橋，以上用分支線或環(huán)行橋，5 GHz5 GHz以下用變壓器網(wǎng)絡(luò)，微封裝結(jié)構(gòu)以下用變壓器網(wǎng)絡(luò)，微封裝結(jié)構(gòu)

38、指標(biāo)好。毫米波段用波導(dǎo)正交場或指標(biāo)好。毫米波段用波導(dǎo)正交場或MMICMMIC。單平衡混頻器的原理。單平衡混頻器的原理如圖如圖11-16 11-16 所示。所示。分支線和環(huán)行橋的原理見第分支線和環(huán)行橋的原理見第8 8章。圖章。圖11-1711-17為兩種常用的微帶為兩種常用的微帶混頻器?；祛l器。43西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室表11-2 歸納出了常用微帶混合電路的特性。44西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室表11-2 常用微帶混合電路的特性表略45西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-16 單平衡混頻器原理

39、平衡混合器RFLOVD1VD2IFVD2VD1LO0RF90RFg(t) IF0RFg(t) IF0RF0LO9046西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-17 兩種常用的微帶混頻器變阻匹配變阻匹配 90電橋FET1FET2 180電橋濾波濾波LORFIFPIFPRFPLOPLOPRFPIF47西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室4. 4. 雙平衡混頻器設(shè)計雙平衡混頻器設(shè)計在微波低端使用最多的是微封裝雙平衡混頻器。這種在微波低端使用最多的是微封裝雙平衡混頻器。這種混頻器隔離度好，雜波抑制好，動態(tài)范圍大，尺寸小，混頻器隔離度好，雜波抑制好，

40、動態(tài)范圍大，尺寸小， 性能穩(wěn)定，便于大批量生產(chǎn)。缺點是本振功率大，變頻性能穩(wěn)定，便于大批量生產(chǎn)。缺點是本振功率大，變頻損耗比較大。損耗比較大。典型的雙平衡混頻器如圖典型的雙平衡混頻器如圖11-1811-18所示，四只二極管為所示，四只二極管為集成芯片，變壓器耦合網(wǎng)絡(luò)尺寸很小，結(jié)構(gòu)緊湊，匹配集成芯片，變壓器耦合網(wǎng)絡(luò)尺寸很小，結(jié)構(gòu)緊湊，匹配良好。對于良好。對于LOLO信號，信號， 端口端口RF+RF+和和RF-RF-為虛地點，不會有為虛地點，不會有LOLO進入進入RFRF回路。同樣，回路。同樣，RFRF信號不會進入信號不會進入LOLO回路，隔離可回路，隔離可達到達到40 dB40 dB。48西安電

41、子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-18 環(huán)形雙平衡混頻器VD1RFIFLORFLORFLOVD2VD4VD349西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室雙平衡混頻器的開關(guān)輸出波形如圖雙平衡混頻器的開關(guān)輸出波形如圖11 - 19 11 - 19 所示，所示， 圖（圖（a a）是）是IFIF抽頭處波形，抽頭處波形，圖圖 (b) 是中頻濾波器后波形是中頻濾波器后波形，包絡(luò)始終沒變化。包絡(luò)始終沒變化。 50西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-19 雙平衡混頻器的開關(guān)輸出波形(a)(b)51西安電子科技大西安電子科技大學(xué)

42、智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室四個二極管也可以星形連接，如圖四個二極管也可以星形連接，如圖11 - 2011 - 20所示。所示。圖 11-20 星形雙平衡混頻器fiVD1VD2VD3VD4fofp52西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室為了提高動態(tài)范圍，增加承受功率，加大隔離，每個為了提高動態(tài)范圍，增加承受功率，加大隔離，每個臂上的二極管可以用一個元件組取代，帶來的缺點是本臂上的二極管可以用一個元件組取代，帶來的缺點是本振功率的增加。圖振功率的增加。圖11-21 11-21 給出不同結(jié)構(gòu)及其所要求的本給出不同結(jié)構(gòu)及其所要求的本振功率。振功率。53西安電子科技大西安電子

43、科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-21 幾種臂元件組合所需本振功率本振功率/dBm電路類型12.12.23.13.23.37131324132420302030203054西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 微波頻率提高后，變壓器網(wǎng)絡(luò)可以用傳輸線來實現(xiàn)。微波頻率提高后，變壓器網(wǎng)絡(luò)可以用傳輸線來實現(xiàn)。圖圖11-22 11-22 為用傳輸線實現(xiàn)變壓器的原理。槽線、鰭線等具為用傳輸線實現(xiàn)變壓器的原理。槽線、鰭線等具有對稱性的傳輸線都可以做混合網(wǎng)絡(luò)。但是，中間抽頭不有對稱性的傳輸線都可以做混合網(wǎng)絡(luò)。但是，中間抽頭不好找、中頻輸出濾波不好實現(xiàn)等困難，使得傳輸線結(jié)構(gòu)

44、的好找、中頻輸出濾波不好實現(xiàn)等困難，使得傳輸線結(jié)構(gòu)的雙平衡混頻器的指標(biāo)比不上變壓器結(jié)構(gòu)。因此，雙平衡混頻器的指標(biāo)比不上變壓器結(jié)構(gòu)。因此，5 GHz5 GHz以以上頻率大量使用前述單平衡混頻器。上頻率大量使用前述單平衡混頻器。55西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-22 用傳輸線實現(xiàn)變壓器56西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-23 晶體管IC型雙平衡混頻器V3V4V5V6V1V2RFLO57西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室5. 5. 晶體管雙平衡混頻器晶體管雙平衡混頻器晶體管晶體管ICIC型雙平衡混

45、頻器如圖型雙平衡混頻器如圖11-2311-23所示。所示。RFRF加在加在V V1 1和和V V2 2之間，之間，LOLO加在加在V V3 3、V V4 4、V V5 5、V V6 6上，起開關(guān)作用。這種上，起開關(guān)作用。這種混頻器在射頻段有混頻器在射頻段有10 dB10 dB以上的增益，靈敏度高，噪聲以上的增益，靈敏度高，噪聲為為 5 dB5 dB左右，到了微波頻段噪聲較大。隨著微電子技左右，到了微波頻段噪聲較大。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，將會有大量產(chǎn)品可使用。術(shù)的發(fā)展，將會有大量產(chǎn)品可使用。58西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室6. 6. 場效應(yīng)管混頻器場效應(yīng)管混頻器F

46、ETFET混頻器的增益和噪聲都比較好?；诨祛l器的增益和噪聲都比較好?；贔ETFET的的MMICMMIC有有源混頻器已經(jīng)有廣泛的使用。前述二極管混頻器有兩個特源混頻器已經(jīng)有廣泛的使用。前述二極管混頻器有兩個特點點: : 可用一階近似進行線性分析可用一階近似進行線性分析; ; 實際中二極管混頻器與實際中二極管混頻器與電路設(shè)計關(guān)系不大。電路設(shè)計關(guān)系不大。FETFET有源混頻器不具備上述特點，分有源混頻器不具備上述特點，分析時除了小信號條件外，還要用其他非線性設(shè)計工具析時除了小信號條件外，還要用其他非線性設(shè)計工具 ，噪聲分析更加復(fù)雜。因為二極管的電導(dǎo)是指數(shù)函數(shù)，而噪聲分析更加復(fù)雜。因為二極管的電導(dǎo)

47、是指數(shù)函數(shù)，而FETFET是平方函數(shù)，后者的頻率成分更多。是平方函數(shù)，后者的頻率成分更多。圖圖11-24 11-24 是是FET FET 混頻器的兩個基本結(jié)構(gòu)。混頻器的兩個基本結(jié)構(gòu)。59西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室11.2.3 11.2.3 檢波器的原理與設(shè)計檢波器的原理與設(shè)計一般地，檢波器是實現(xiàn)峰值包絡(luò)檢波的電路，輸出信一般地，檢波器是實現(xiàn)峰值包絡(luò)檢波的電路，輸出信號與輸入信號的包絡(luò)相同。圖號與輸入信號的包絡(luò)相同。圖11-2711-27所示是三種信號的所示是三種信號的檢波輸出。作檢波時，肖特基勢壘二極管伏安特性近似檢波輸出。作檢波時，肖特基勢壘二極管伏安特性近

48、似為平方關(guān)系，檢波輸出電流與輸入信號電壓幅度的為平方關(guān)系，檢波輸出電流與輸入信號電壓幅度的平方平方成正比。因此成正比。因此，常用檢波電流的大小檢示輸入信號功率常用檢波電流的大小檢示輸入信號功率的大小。的大小。 60西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-27 三種信號的檢波輸出（a） 連續(xù)波輸出為直流; （b） 數(shù)字調(diào)幅輸出數(shù)字信號; （c）模擬調(diào)幅輸出模擬信號LPFDCuittttCW(a)(b)(c)61西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室1. 1. 關(guān)于靈敏度的幾個問題關(guān)于靈敏度的幾個問題1) 1) 靈敏度靈敏度靈敏度定義為輸出電流與

49、輸入功率之比。一般地，檢靈敏度定義為輸出電流與輸入功率之比。一般地，檢波輸出信號的頻率小于波輸出信號的頻率小于1 MHz1 MHz時，閃爍噪聲對檢波靈敏時，閃爍噪聲對檢波靈敏度的影響較大。閃爍噪聲又稱為度的影響較大。閃爍噪聲又稱為1/1/f噪聲，由半導(dǎo)體工藝噪聲，由半導(dǎo)體工藝或表面處理引起，噪聲功率與頻率成反比。為了避免這或表面處理引起，噪聲功率與頻率成反比。為了避免這個影響，采用混頻器構(gòu)成超外差接收機，個影響，采用混頻器構(gòu)成超外差接收機，30MHz30MHz或或7070MHzMHz中頻放大后再檢波。這并不影響微波檢波器的使用，中頻放大后再檢波。這并不影響微波檢波器的使用，大部分情況下，檢波器

50、用于功率檢示，輸入功率較強，大部分情況下，檢波器用于功率檢示，輸入功率較強，檢波靈敏度能滿足設(shè)備要求。檢波靈敏度能滿足設(shè)備要求。 62西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室2) 2) 標(biāo)稱可檢功率（標(biāo)稱可檢功率（NDSNDS） 標(biāo)稱可檢功率是輸出信噪比為標(biāo)稱可檢功率是輸出信噪比為1 1時的輸入信號功率。時的輸入信號功率。它不僅與檢波器的靈敏度有關(guān)，還與后續(xù)視頻放大器的它不僅與檢波器的靈敏度有關(guān)，還與后續(xù)視頻放大器的噪聲和頻帶有關(guān)。測量方法為：不加微波功率，測出放噪聲和頻帶有關(guān)。測量方法為：不加微波功率，測出放大器輸出功率（噪聲功率）、輸入微波功率，使輸出功大器輸出功率（噪

51、聲功率）、輸入微波功率，使輸出功率增加率增加1 1倍時的輸入功率為倍時的輸入功率為NDSNDS。63西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室3) 3) 正切靈敏度（正切靈敏度（TSSTSS） 輸入脈沖調(diào)幅的微波信號，檢波后為方波。調(diào)整輸輸入脈沖調(diào)幅的微波信號，檢波后為方波。調(diào)整輸入信號的幅度，輸出信號在示波器上顯示為圖入信號的幅度，輸出信號在示波器上顯示為圖11 - 28 11 - 28 所示形狀時的輸入信號功率即為所示形狀時的輸入信號功率即為TSSTSS。圖中曲線為沒有。圖中曲線為沒有脈沖時的最高噪聲峰值和有脈沖時的最低噪聲峰值在同脈沖時的最高噪聲峰值和有脈沖時的最低噪聲

52、峰值在同一水平時的情況。顯然，這個測試隨測量者不同，有偏一水平時的情況。顯然，這個測試隨測量者不同，有偏差，是個難于嚴(yán)格定量的值。但差，是個難于嚴(yán)格定量的值。但TSSTSS概念清晰，使用方概念清晰，使用方便，在工程中得到了普遍使用。便，在工程中得到了普遍使用。TSSTSS也常用于接收機的也常用于接收機的靈敏度描述。靈敏度描述。 TSS比比NDS高高4dB，如如NDS90 dBm， 則則TSS86 dBm。 64西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室圖 11-28 TSS測量65西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室2. 2. 注意事項注意事項為了提高

53、檢波器的靈敏度，設(shè)計時應(yīng)注意：為了提高檢波器的靈敏度，設(shè)計時應(yīng)注意： (1) (1) 選擇低勢壘二極管，用于檢波比混頻的肖特基二極選擇低勢壘二極管，用于檢波比混頻的肖特基二極管勢壘要低，小信號下能產(chǎn)生足夠大的電流。管勢壘要低，小信號下能產(chǎn)生足夠大的電流。(2) (2) 選用截止頻率高的二極管，寄生參數(shù)的影響小。選用截止頻率高的二極管，寄生參數(shù)的影響小。(3) (3) 加正向偏置電流，打通二極管，這樣可節(jié)省微波功加正向偏置電流，打通二極管，這樣可節(jié)省微波功率，提高靈敏度。率，提高靈敏度。(4) (4) 用于測試系統(tǒng)的檢波器或其他場合的寬頻帶檢波器，用于測試系統(tǒng)的檢波器或其他場合的寬頻帶檢波器，增

54、加匹配元件或頻帶均衡電阻網(wǎng)絡(luò)，靈敏度會降低。增加匹配元件或頻帶均衡電阻網(wǎng)絡(luò)，靈敏度會降低。66西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室3. 3. 檢波器電路檢波器電路 圖圖11 - 29 11 - 29 給出了常見的三種結(jié)構(gòu)檢波器電路。給出了常見的三種結(jié)構(gòu)檢波器電路。圖（圖（a a）為寬頻帶微帶線檢波器，如果是窄帶的，也可）為寬頻帶微帶線檢波器，如果是窄帶的，也可用集總參數(shù)電阻和電容，配合平行耦合線用于微帶電路用集總參數(shù)電阻和電容，配合平行耦合線用于微帶電路模塊模塊; ; 圖（圖（b b）為調(diào)諧式波）為調(diào)諧式波導(dǎo)檢波器導(dǎo)檢波器，頻帶窄頻帶窄; 圖（圖（c）為寬頻帶同軸檢波器

55、為寬頻帶同軸檢波器，廣泛用于測試系統(tǒng)。廣泛用于測試系統(tǒng)。 67西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室 圖 11-29 微波檢波器電路(a) 寬頻帶微帶線檢波器； (b) 調(diào)諧式波導(dǎo)檢波器； (c) 寬頻帶同軸檢波器內(nèi)導(dǎo)體外導(dǎo)體吸收環(huán) 二極管電容片 管座介質(zhì)支撐錐形電阻電容塊輸出檢波二極管輸入鉭薄膜電阻(a)調(diào)諧螺釘調(diào)諧活塞檢波二極管(b)(c)68西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室11.3.1 倍頻器倍頻器倍頻器輸入信號為倍頻器輸入信號為f0， 輸出信號為輸出信號為nf0，使用的器件是變?nèi)?，使用的器件是變?nèi)荻O管。微波電路包括輸入端低通濾波器和匹

56、配電路，輸出二極管。微波電路包括輸入端低通濾波器和匹配電路，輸出端帶通濾波器和匹配電路，如圖端帶通濾波器和匹配電路，如圖11 - 30 所示。所示。圖 11-30 倍頻器基本結(jié)構(gòu)低通和匹配帶通和匹配Z0C(U)Rs變?nèi)莨躗069西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室射頻射頻/微波倍頻器分成兩類：微波倍頻器分成兩類： 低次倍頻器和高次倍頻器。低次倍頻器和高次倍頻器。低次倍頻器的單級倍數(shù)低次倍頻器的單級倍數(shù)n不超過不超過5。使用的器件為變?nèi)荻O。使用的器件為變?nèi)荻O管，倍頻次數(shù)增加后，倍頻效率和輸出功率將迅速降低管，倍頻次數(shù)增加后，倍頻效率和輸出功率將迅速降低 (二二倍頻效率

57、為倍頻效率為50以上，三倍頻效率為以上，三倍頻效率為40以上以上)。如需高次倍。如需高次倍頻時，必須做成多級倍頻鏈，使其中每一單級仍為低次倍頻。頻時，必須做成多級倍頻鏈，使其中每一單級仍為低次倍頻。高次倍頻器的單級倍頻次數(shù)可達高次倍頻器的單級倍頻次數(shù)可達1020以上，倍頻使用的器以上，倍頻使用的器件是階躍恢復(fù)二極管件是階躍恢復(fù)二極管(電荷儲存二極管電荷儲存二極管)。在高次倍頻時，倍。在高次倍頻時，倍頻效率約為頻效率約為1/n。因為倍頻次數(shù)高，可由幾十兆赫茲的石英晶。因為倍頻次數(shù)高，可由幾十兆赫茲的石英晶體振蕩器一次倍頻至微波，得到很穩(wěn)定的頻率輸出。這種倍體振蕩器一次倍頻至微波，得到很穩(wěn)定的頻率

58、輸出。這種倍頻器輸出功率比較小，通常在幾瓦以下，但利用階躍管進行頻器輸出功率比較小，通常在幾瓦以下，但利用階躍管進行低次倍頻時，輸出功率在低次倍頻時，輸出功率在L波段也可達波段也可達15 W以上。以上。70西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室1. 1. 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管的特點是非線性電抗元件，損耗小、變?nèi)荻O管的特點是非線性電抗元件，損耗小、 噪噪聲低，可用于諧波倍頻、壓控調(diào)諧、參量放大、混頻或聲低，可用于諧波倍頻、壓控調(diào)諧、參量放大、混頻或檢波。目前使用最多的只是倍頻和調(diào)諧。檢波。目前使用最多的只是倍頻和調(diào)諧。 圖圖11 - 2611 - 26（b b）

59、所示肖特基勢壘二極管的反向結(jié)）所示肖特基勢壘二極管的反向結(jié)電容隨電壓的變化就是變?nèi)莨芴匦裕內(nèi)莨艿碾娙菖c反電容隨電壓的變化就是變?nèi)莨芴匦?，變?nèi)莨艿碾娙菖c反向電壓的關(guān)系為向電壓的關(guān)系為mjUCC)1 (0 （11 - 2）71西安電子科技大西安電子科技大學(xué)智能天線實驗學(xué)智能天線實驗室室式中，式中，Cj0是零偏壓時結(jié)電容，是零偏壓時結(jié)電容，為結(jié)勢壘電勢，為結(jié)勢壘電勢，m為為等級因子。圖等級因子。圖11 - 26（d）所列的不同半導(dǎo)體材料都可用）所列的不同半導(dǎo)體材料都可用作變?nèi)莨?，只是三個參量不同。不同用途的變?nèi)莨?，作變?nèi)莨埽皇侨齻€參量不同。不同用途的變?nèi)莨埽?m值不同。值不同。m=1/3 時為線

60、性變?nèi)莨埽瑢崿F(xiàn)低次倍頻或調(diào)諧。時為線性變?nèi)莨?，實現(xiàn)低次倍頻或調(diào)諧。m=1/2時為階躍回復(fù)二極管，實現(xiàn)高次倍頻或低次倍頻。時為階躍回復(fù)二極管，實現(xiàn)高次倍頻或低次倍頻。大多數(shù)情況下，變?nèi)莨艿拇蠖鄶?shù)情況下，變?nèi)莨艿膍=1/2m=1/21/31/3。變?nèi)莨艿牡刃?。變?nèi)莨艿牡刃щ娐窞橐粋€電阻與可變電容的串聯(lián)，如圖電路為一個電阻與可變電容的串聯(lián)，如圖11 - 30 11 - 30 所示，所示，最大工作頻率與串聯(lián)電阻有關(guān)，電阻越小越好。圖最大工作頻率與串聯(lián)電阻有關(guān)，電阻越小越好。圖11 - 11 - 31 31 給出變?nèi)莨艿碾娊o出變?nèi)莨艿碾娙萸€和泵源（大功率交流信號）作容曲線和泵源（大功率交流信號）作用下