《有源微波电路》PPT课件

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1、第7章有源微波电路7.1微波混频器微波混频器是将接收机所接收到的微波信号变换成中频信号，以利于进一步对信号进行后续处理的微波有源器件。混频器之所以具有这种功能，关键在于其中使用了具有非线性电导的非线性元件肖特基势垒二极管。7.1.1肖特基势垒二极管金属和半导体直接接触构成表面势垒的二极管称为肖特基势垒二极管。金属端加上正电压时，肖特基结耗尽层减薄，二极管处于正向导通状态；金属端加上负电压时，肖特基结耗尽层加厚，二极管反向不导通。一．肖特基势垒二极管的结构肖特基势垒二极管管芯剖面：小孔中的金属与N+半导体形成肖特基势垒结。窗孔直径愈小，结电容也愈小，工作频率愈高。二．肖特基势垒二极管的等效

2、电路和伏安特性Rj和Cj分别是肖特基势垒结的结电阻和结电容，它们都随外加电压的变化而变化。Rj是产生混频作用的最主要的非线性参量。结电容Cj由于对结电阻Rj的旁路作用要损失微波能量，它限制了二极管混频的上限工作频率。CpRjCjRsLs肖特基势垒二极管的等效电路图肖特基势垒二极管的伏-安特性VBIsiV0α肖特基势垒二极管的电压-电流(伏-安)特性:Gj＝1/Rj是用该管作混频二极管时的动态变频电导，它也是该管伏安特性曲线的斜率。三．混频管的主要参数＝＝≈i截止频率fc变频损耗噪声温度比(等效噪声温度TD)中频阻抗Zif7.1.2微波混频器的混频原理微波混频器主要是利用肖特基势垒二极管的

3、非线性电导来混频。在分析二极管微波混频器的混频原理时，我们只需注意管子的伏安特性。如图是单个二极管混频器的原理图，其中：V0是直流偏压，一般微波混频器为使电路简单常不外加直流偏压；vL是本振电压，是功率为毫瓦级的大信号；vS是微波信号电压；是微瓦级甚至功率更小的微弱信号；ZL是混频器输出负载阻抗。设加在混频二极管上的本振电压vL(t)和信号电压vs(t)分别为二极管混频器原理图ZLvs(t)ivL(t)V0式中：ωL和ωs分别是本振和信号的角频率，VL和Vs分别是本振和信号的电压幅度。当本振电压和微波信号电压一起加到混频二极管上时，由于VL>>Vs，我们可以认为V0＋确定了混频二极管的

4、工作点，显然此工作点是由本振电压vL所控制的，是时变的。设二极管的电压-电流特性为将i＝f(v)在工作点V0＋处作泰勒级数展开，得上式右边第一项包含了直流、本振频率及本振各次谐波频率的电流，它与所加的微波信号无关；由于Vs很小，可以忽略不计；值得注意的是第二项。这里令显然g(t)是随时间周期变化的混频二极管的电导，是偶函数。我们将它展开成付里叶级数，则有式中(n＝1，2，3，…)我们称g0为二极管的平均混频电导，称gn为对应于本振第n次谐波的混频电导。混频电流i可表示成显然混频电流i包含了直流和无穷多个不同频率分量的电流如图混频器电流的频谱ωs－ωL2ωL－ωs2ωs－ωLωLωs3ωL

5、－ωsωL+ωs2ωL3ωLω在混频器各不同频率分量的电流中，频率为ωif=ωL－ωs(当ωL>ωs)或ωif=ωs－ωL(当ωs>ωL)的电流是我们所需的中频电流。在混频器电流频谱中，除了我们所需的中频ωif以外，还有无穷多个我们所不需要到频率分量，我们把不需要的这些频率分量通称寄生频率。由于这些寄生频率分量也是由信号和本振差拍产生的，都携带有一部分信号功率，如果将它们都滤除掉，必造成信号能量的损失，这种能量损失我们称之为净变频损耗。在设计混频器时应尽可能减少这种损耗，或者应将部分功率“回收”成为有用功率。在寄生频率中，最值的关注的是镜频ωk=2ωL－ωs。相对于本振频率ωL的位置，镜

6、频处于信号频率ωs的镜像位置，故称ωk为镜频。我们之所以关注镜频基于两个理由：①镜频是由本振的二次谐波与信号差拍产生的，具有不可忽视的功率；②镜频存在回收的可能性。因为镜频和本振再一次差拍会得到新的中频，新中频ωL－(2ωL－ωs)=ωs－ωL=ωif与原中频相同，如果我们使混频电路对镜频呈现出电抗性负载(例如开路或者短路)，把镜频分量反射回二极管再次混频出新的中频，只要新的中频与原中频相位一致，就可使混频器输出中频能量增加而降低变频损耗。7.1.3混频器的主要特性一．变频损耗其定义是输入混频器的微波资用功率Ps与加到中频负载上的功率Pif之比，记为Lm，于是有混频器的变频损耗由三部分组

7、成，这就是净变频损耗、寄生参量损耗、端口失配损耗及混频器电路中其它元件的损耗。其中，净变频损耗是主要的损耗。1．净变频损耗混频器依靠二极管的非线性电导使信号从微波信号频率ωs变成中频信号频率ωif，微波信号功率Ps中只有一部分转化成中频信号频率Pif，其余部分功率分散在其它寄生频率分量中而被滤除，由此造成的功率损耗称为净变频损耗，用L1表示。在寄生频率分量中最值得关注的是镜频分量ωk，对它采取不同的措施会有不同的混频效果。常采用镜频