《混频器原理与设计》PPT课件

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1、1重要性：混频器是微波集成电路接收系统中必不可少的部件。不论是微波通信、雷达、遥控、遥感、还是侦察与电子对抗，以及许多微波测量系统，都必须把微波信号用混频器降到中低频来进行处理。集成电路混频器是主流：主要是因为集成式混频器体积小，性能稳定可靠，设计技术成熟，而且结构灵活多样，可以适合各种特殊应用。采用肖特基势垒二极管做变频元件：虽然二极管混频必不可免有变频损耗，但是它结构简单，便于集成化，工作频带宽，可能达到几个甚至几十个倍频程。它的噪声较低而且工作稳定，动态范围大，不容易出现饱和。电路结构形式：混频器有单管式混频，两管平

2、衡式混频和多管式混频。单管混频只用一支二极管，结构简单，成本低，但噪声高，抑制干扰能力差，在要求不高处可以采用；平衡式混频器借助于平衡电桥可使本机振荡器的噪声抵消，因而噪声性能得到改善，电桥又使信号与本振之间达到良好隔离，因此平衡混频器是最普遍采用的形式；还有多二极管的混频器，比如管堆式双平衡混频器，镜频抑制混频器等是为特殊要求而设计的，可用于多倍频程设备、镜频能量回收或自动抑制镜频干扰等。第九讲混频器设计2微波混频器技术指标与特性分析一、噪声系数和等效噪声温度比噪声系数的基本定义已在第四章低噪声放大器中有过介绍。但是混频

3、器中存在多个频率，是多频率多端口网络。为适应多频多端口网络噪声分析，噪声系数定义改为式（9-1），其理论基础仍是式（6-1）的原始定义，但此处的表示方式不仅适用于单频线性网络，也可适用于多频响应的外差电路系统，即（9-1）式中Pno——-当系统输入端噪声温度在所有频率上都是标准温度T0=290K时，系统传输到输出端的总噪声资用功率；Pns——仅由有用信号输入所产生的那一部分输出的噪声资用功率。根据混频器具体用途不同，噪声系数有两种。3一、噪声系数和等效噪声温度比图9-1混频器热噪声谱4一、噪声系数和等效噪声温度比5一、噪声

4、系数和等效噪声温度比6一、噪声系数和等效噪声温度比7二、变频损耗8二、变频损耗图9-2混频管芯等效电路9二、变频损耗路对各谐波端接情况，以及本振功率强度等影响。当混频管参数及电路结构固定时，净变频损耗将随本振功率增加而降低，如图9-3所示。本振功率过大时，由于混频管电流散弹噪声加大，从而引起混频管噪声系数变坏。对于一般的肖特基势垒二极管，正向电流为l~3mA时，噪声性能较好，变频损耗也不大。图9-3变频损耗、噪声系数对本振功率的关系3、混频器的非线性电导净变频损耗净变频损耗g取决于非线性器件中各谐波能量的分配关系，严格的

5、计算要用计算机按多频多端口网络进行数值分析；但从宏观来看，净变频损耗将受混频二极管非线性特性、混频管电10三、动态范围11三、动态范围（2）动态范围的上限受输出中频功率饱和所限。通常是指1dB压缩点的微波输入信号功率Pmax，也有的产品给出的是1dB压缩点输出中频功率。二者差值是变频损耗。本振功率增加时，1dB压缩点值也随之增加。平衡混频器由2支混频管组成，原则上1dB压缩点功率比单管混频器时大3dB。对于同样结构的混频器，1dB图9-4混频器动态范围压缩点取决于本振功率大小和二极管特性。一般平衡混频器动态范围的上限为2~

6、10dBm。混频器动态范围曲线如图9-4所示。12四、双频三阶交调与线性度图9-5混频器频谱分布13四、双频三阶交调与线性度图9-6混频器基波和三阶交调成分随信号功率的变化14四、双频三阶交调与线性度2、三阶交调截止点Mi值与微波输入信号强度有关，是个不固定的值。所以有时采用三阶交调截止点Ma对应的输入功率PM作为衡量交调特性的指标。三阶交调截止点Ma是Pi直线和直线段延长的交点，此值和输入信号强度无关。1dB压缩点P1dB和三阶交调截止值PM都常作为混频器线性度的标志参数。有关三阶交调变化特性的改进可参见第六章，区别仅在

7、于混额器的输出饱和是指中频功率。通常三阶交调截止值比1dB压缩点值高10~15dB，微波低频端约高出15dB，微波高频段高10dB。在混频器应用中，只要知道了三阶交调截止值就能计算出任何输入电平时的三阶交调系数。由于三阶交调截止值处，Mi为0dB，输入信号每减弱1dB，Mi就改善2dB，例如信号功率比PM小15dB时，Mi将为–30dBc。三阶交调特性及饱和点，都和使用时的本振功率及偏压有关。混频管加正偏压时，动态范围上限下降，三阶交调特性变坏，但可节省本振功率或改善变频损耗；加负偏压时，上述情况刚好相反。另外。混领管反向

8、饱和电流越小，接触电位越大时，要求的本振功率大，此时1dB压缩点提高，三阶交调特性也较好。15五、工作频率五、工作频率混频器是多频率器件，除了应指明信号工作频带以外，还应该注明本振频率可用范围及中频频率。分支电桥式的集成混频器工作频带主要受电桥频带限制，相对频带约为10%~30%，加补偿措施的平衡电桥混