《微波溷频器》PPT课件

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1、第一章微波混频器MicrowaveMixer1.1引言Introduction实现频率变换必须有非线性器件，混频器即是通过非线性器件产生输入信号频率和本振信号频率的组合频率分量，通过滤波器获得所需要的频率的信号注意：线性器件无法完成频率变换非线性器件有：二极管、三极管、场效应管等输入信号非线性器件输出信号滤波器本振收信混频器：由于信号功率很小，因此要求低噪声。（一般采用二极管混频器，有点接触二极管和肖特基二极管）发信混频器：由于效率很重要，因此要求低变频损耗。（有时采用变容二极管）1.2金属-半导体二极管1.2.1结构及工作原理金(电极)钼外延层衬底金(电极)工作原理逸出功：使电子的成为核外

2、静止电子所需做的功不同金属和半导体的逸出功不同，钼的逸出功较N型砷化镓的逸出功大，接触以后电子将从N型砷化镓向金属钼中扩散，造成正负电荷中，形成内建电场，内建电场将阻止扩散内建电场金属N型半导体扩散电流漂移电流接触势垒：当内建内建电场与扩散力平衡时，宏观的载流子扩散结束，这时由于电荷堆积而形成一个势垒，该势垒就叫做接触势垒肖特基二极管的单向导电性正向导通反向截止欧姆接触欧姆接触金属N型半导体欧姆接触欧姆接触金属N型半导体1.2.2二极管的特性1.伏安特性反向饱和电流波尔兹曼常数绝对温度加在二极管两端的电压电子电荷斜率参量取决于制造工艺理想肖特基势垒一般情况室温下2.等效电路管芯引线电感管壳电

3、容(1)结电容载流子浓度半导体介电常数内建电位差外加电压结面积结电容是寄生参量，过大对非线性电阻的旁路作用太大，影响混频效率，过小，结面积太小，使串联电阻增大，对混频器的噪声性能有影响(2)结电阻结电阻反映势垒的导电能力，与势垒两边外加电压有密切关系，是一个非线性电阻结电阻直接与混频性能有关，要求二极管有较显著的非线性，其值相对结电容的容抗小，以减小结电容的旁路作用(3)串联电阻串联电阻包括二极管材料的体电阻、欧姆接触电阻、引线的电阻等。该电阻对结电阻有分压作用，而且是噪声源。其值取决于半导体材料的性质，外延层的厚度，结面积的大小和欧姆接触电阻的好坏，一般为几欧姆，接触电阻的存在使混频器性能

4、降低，要近来小。(4)引线电感为封装参数，取决于引线的形状，通常为几毫微亨(5)管壳电容包括引线的分布电容、两极之间的杂散电容和管壳的杂散电容，通常为零点几皮法。(6)截止频率定义为二极管的结电容容抗和串联电阻相等时的频率为零偏压时的结电容(7)击穿电压(8)噪声比定义：二极管总的噪声功率与其等效电阻产生的热噪声的资用功率之比二极管的噪声源包括：热噪声、散弹噪声和闪烁噪声，闪烁噪声又叫1/f噪声，在几十MHz以上可以忽略，故在微波频率仅考虑热噪声和散弹噪声。散弹噪声：来源于载流子运动的起伏，和二极管电流有关（载流子对原子核的碰撞），温度一定的二极管的散弹噪声可用一个与并联的电流源来表示，此电

5、流源的均方电流为产生散弹噪声的电流，包括反向饱和电流和抵消反向饱和电流的正向电流考虑热噪声：来源于串联电阻，它产生的热噪声资用功率为热噪声和散弹噪声串联组合起来，依噪声定理，则总的资用噪声功率为二极管的等效电阻为，其所输出的热噪声的资用功率为则噪声温度比为若很小，即且则3.表面势垒二极管的特点与点接触二极管相比，可靠性高，承受功率大与PN结二极管相比，是依靠多数载流子（电子）导电工作的器件，故消除了少数载流子复合时间及少数载流子存储所引起的扩散电容，因此它有良好的高频特性及开关速度快的优点。1.3微波混频器的原理和特性1.3.1原理忽略寄生参量，只记非线性电阻通常取一阶近似为瞬时电导当本振电

6、压为周期性余弦信号时，均为周期函数周期函数可以展开为傅立叶级数流过二极管的总电流为第一项为与信号无关（只与本振有关）的大信号项，它决定了混频器的工作状态，第二项为小信号项（与本振和信号均相关），决定混频器的频率变换和功率变换等，由此可见，在非线性混频过程中，产生了无穷多个新的不同频率的电流。注意：这个频率由本振的二次谐波产生，有足够的功率分量，另外即这个频率与信号频率关于本振频率有镜像关系，因此将其叫做镜像频率这个频率是有非线性产生的与信号频率最近的频率，与信号频率相差二倍的中频，因此很容易落入信号通带内，消耗在信号源内阻上从信号口输入该频率的信号时，也可以通过混频器混频进入中频通道，造成干

7、扰——镜频干扰对这个频率要引起足够重视考虑混频后产生的中频电压、镜频电压反作用于混频管上，故这时加上混频管上的电压有：信号电压、本振电压、中频电压和镜频电压本振信号中频镜频则流过二极管的电流为由上式中提取处中频、镜频及信号频率的幅度如果假设则由上式可以画出混频器的等效电路为如果假设则网络参量可以由二极管的伏安特性求出表面势垒二极管的VA特性为设上式展开为傅立叶级数，展开系数为为以x为自变量的第一类变态贝塞尔函