微波上下变频器的原理与测量

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1、海量资料超值下载微波上下变频器的原理与测量一、实验目的1．了解微波变频模块的基本工作原理；2．利用实验模块个指标的实际测量以了解变频器件的特性；3．了解变频器件的电路构架；4．实际设计制作变频模块。二、实验原理混频器通常被用于将不同频率的信号相乘，以便实现频率的变换。这样做的原因在于，要在众多密集分布、间隔很近的相邻信道中滤出特定的射频信号需要Q值极高的滤波器。然而，如果能在通信系统中将射频信号的载波频率降低，或者说进行下变频，则上述任务就比较容易实现。图18-1是外差式接受机的电路原理框图，它也许是人们最熟悉的下变频系统。图中接受到的射频信号经过低噪声

2、前置放大器（LNA）放大后输入到混频器中，混频器实现输入射频信号fRF与本地振荡器（LO）信号fLO相乘。混频器的输出信号中含有的成分，经过低通滤波器可以滤出其中频率较低的所谓中频（IF）分量然后再进行后续处理。图18-1采用混频器的外差式接收机混频器的两个重要组成部分是信号合成单元和信号检测单元。信号合成可以用90°（或180°⑪海量资料超值下载）定向耦合器实现。信号检测单元中的非线性元件通常是采用一个二极管。以后我们也会看到，双二极管的反平行结构及四个二极管的双平衡结构也很常用。除了二极管以外，人们已经采用BJT和MESFET研制出了可以工作在X波段

3、的低噪声、高频率混频器。在详细讨论混频器的电路设计之前，我们先简要说明混频器为何能在输入端口接受两个信号并在输出端口产生多个频率分量。显然，一个线性的系统是不能实现这个任务的，我们必须采用诸如二极管、FET或BJT等非线性器件，它们可以产生丰富的谐波成分。图18-2是一个基本的系统框图，其中混频器与射频信号VRF（t）以及本振信号VLO（t）相连，本振信号也被称为泵浦信号。图18-2混频器的基本原理：用两个输入信号频率在系统的输出端口产生新的信号频率由图可见，输入电压信号与本振信号混合后施加在具有非线性传输特性的半导体器件上，该器件可以输出电流驱动负载。

4、二极管和BJT都具有指数型传输特性，类似于肖特基二极管方程：　　式（18-1）然而，MESFET的传输特性可近似为二次曲线：　　式（18-2）为了简化书写，我们省略了漏极电流和栅极-源极电压的下标。输入电压由射频信号VRF=VRFcos(ωRFt),本振信号VLO=VLOcos(ωLOt)以及偏置电压VQ之和表示；即：　　式（18-3）此电压作用在非线性器件上所产生的电流响应可根据电压在Q点附近的泰勒级数展开求得：　式（18-4）其中常数A和B分别为（dI/dV）

5、VQ和1/2d2I/dV2）

6、VQ。忽略直流偏置VQ和IQ，并将式（18-3）代入式（18

7、-4）可得：⑪海量资料超值下载　　式（18-5）根据三角恒等式cos2(ωt)=（1/2）{1-cos(2ωt)}，上式中包含余玄平方的项可以展开为直流项以及包含和的项。关键的是式（18-5）式中的最后一项，它变为：　　式（18-6）这个表达式清楚地表明，二极管或晶体管的非线性效应可以产生新的频率分量ωRF±ωlo，而且其幅度与VRFVLO的乘积有关，其中B是与器件有关的参数。公式（18-6）只包含了泰勒级数展开式的前3项，因此只有2阶交调产物（）。其他高阶产物，如3阶交调产物（V3C）都被忽略了。二极管和BJT中的这类高阶谐波项对混频器性能的影响极大。

8、然而，如果采用具有二次曲线传输特性的FET，则输出信号中将只有2阶交调产物。所以，FET不容易产生有害的高阶交调产物。下面例题讨论的是如何将给定射频信号频率下变频为需要的中频信号。例1本振频率的选择已知一射频信道的中心频率为1.89GHz，带宽为20MHz，需要下变频为200MHz的中频。请选择合适的本振频率fLO。确定能够滤出该射频信道和相应中频信道的带通滤波器的品质因素。解：由式（18-6）可见，通过非线性器件将射频信号与本振信号混频后，根据和的相对大小，我们可得到或的中频信号。因此，为了从产生的中频，我们可以采用或。这两种方案都是可行的，实际应用中

9、也都常被采用。如果选择，则称混频器为低本振注入；如果选择，则称混频器为高本振注入。由于本振信号频率越低则越容易生成和处理，所以前一种方案更常用。因为在下变频之前，信号带宽为20MHz，中心频率为1.89GHz，所以，如果要滤出该信号，我们必须使用品质因素的滤波器。然而，下变频之后，信号的带宽没有变，但中心频率变为，所以，滤波器的品质因素只需为。⑪海量资料超值下载此例表明，一旦使用混频器实现了对射频信号的下变频，则可大大降低对滤波器的技术指标要求。关键参数指标及其含义：1.耗损或增益(CONVERSIONLOSS/GAIN,LC)除非有特别注明,一般的变频

10、损耗皆按上式定义,即单边带变频耗损,即只考虑射频输出信号频率为或。若是定义为双边