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1、微波电子线路第三章,西安电子科技大学 王 家 礼,微波电子线路,第三章 微波混频电路的分析与设计 混频器的作用是将载频信号变换到中频，也就是频谱搬移，如图所示。所谓的混频技 术是用来改变已调波的载频而保持所携带的信息不变的一种技术。其特点是；混频器输入的是两种信号，一个是大信号，另一个是小信号、两个信号的频率很靠近，其差是所需要输出的中频信号。实现的方法是利用器件的非线性来实现频率的加法和减法运算（即乘法器）。 一、肖特基势垒二极管 目前绝大多数混频器都采用肖特基势垒二极管，因为肖特基势垒二极管的耗尽电容比PN结电容小的多，因此肖特基势垒二极管更适合微波频率下工作。,微波电子线路,肖特基势垒二
2、极管的总电流为 肖特基势垒二极管的技术参数有： 1、截止频率; 2、变频损耗; 3、噪声系数; 噪声功率（热噪声、散弹噪声） 噪声比 4、中频阻抗; 大约在600 到 200 之间,肖特基势垒二极管的扩散电流为 肖特基势垒二极管的结电容为,肖特基势垒二极管小信号模型；,微波电子线路,电阻性混频（非线性电导即时变电导） 混频器 参量混频 （非线性电容即时变电容） 二、电阻性混频器频域分析 混频二极管的伏安特性为 在 将它展开为台劳级数 将 用付氏级数展开,微波电子线路,产生一系列组合频率，其中有用频率为； ， ， ， ， ， ， ， 。 是相对于本振与信号频率互为镜像的频率称为镜频 。如下图所示
3、 描述二极管混频器的混频过程，需要建立一个等效电路。由于混频二极管是一个单向器件，不仅与 和 差拍产生新的频率，而其电流在一定的阻抗上所建立起的电压也会反过来加到二极管上该电压与 和 差拍，也产生新的频率。,微波电子线路,将上式展开取出信号频率的电流、中频电流、镜频电流，用复数形式表示可得；,依照上式可以获得电阻性混频器的等效电路,微波电子线路,由等效电路我们可以求出混频器的变频损耗,净变频损耗 变频损耗 结变频损耗 失配变频损耗 1、净变频损耗；接不同的镜频负载，经电路的简化可以获得变频损耗的表达式。 镜频短路 镜频匹配 镜频开路,微波电子线路,净变频损耗表达式中的参数为；,结变频损耗表达达
4、式为；,失配变频损耗表达式为；,结论；混频器的变频损耗载镜频开路时变频损耗最低，镜频匹配时变频损耗最高。变频损耗 与本振功率有关，在最佳本振功率时，变频损耗最低。如下图所示。,微波电子线路,混频器的噪声 镜频开路、镜频短路时混频器的噪声系数（单通道）；,其中 为混频二极管的噪声比， 为混频器的噪声比。对于肖特基混频二极管 来说 ，所以混频器的噪声系数为 。,镜频匹配时混频器的噪声系数（双通道）；,信号只在信号通道存在，镜频通道没有信号，但两个通道的噪声都产生中频噪声，其噪声系数称为单边带噪声系数 信号在信号通道和镜频通道存在，但两个通道的噪声都产生中频噪声，其噪声系数称为双边带噪声系数,微波电
5、子线路,三、参量混频器的频域分析 参量混频器不仅考虑结电导的变化而且还要考虑结电容的变化，时变电导和时变电容的表达式为；,将上式用付氏级数的复数形式展开；,经推导并化简可以得到；,取3项可得,微波电子线路,可得三频导纳矩阵,三频导纳矩阵的等效网络如图所示,根据网络参数化简的方法，我们可求出混频器的变频损耗，在这里我们就不求了。,四、微波混频器的设计 微波混频器电路包括五个部分，信号通路、本振通路、中频通路、直流通路和混频二极管。信号通路的作用是将信号加到混频二极管上，对本振信号和中频信号起到隔离作用。本振通路的作用是将本振加到混频二极管上，对信号和中频信号起到隔离作用。,微波电子线路,中频通路
6、的作用是使中频信号输出，对信号频率和本振频率起到隔离作用。直流通路的作用是给混频二极管加直流偏置，微波信号和中频信号都不能通过。,微波电子线路,单端混频器电路,矩形波导金属平面电路单端混频器电路,微波电子线路,五、平衡混频器及双平衡混频器 平衡混频器是由二个混频二极管组成的混频器，其分析方法与单端混频器一样。其特点是噪声系数低，因为它可以抑制来自本振的部分噪声。频谱特性好，因为平衡混频器可以抑制混频器所产生的本振的偶次谐波。要求本振功率小。 双平衡混频器由四个混频二极管和微波巴仑组成的混频器。它是一种宽带混频器，其带宽可以作到几个到十几个倍频程。,环形桥平衡混频器,微波电子线路,分支线桥平衡混
7、频器,微波电子线路,鮨线平衡混频器,微波电子线路,混合电路平衡混频器,微波电子线路,双巴仑平衡混频器,微波电子线路,均匀耦合传输线巴仑双平衡混频器,微波电子线路,传输线巴仑双平衡混频器,注意； 黑线为正面，红线为背面,微波电子线路,六、谐波混频器 谐波混频器是利用谐振电路来增强本振的谐波分量，下图给出一个本振频率为2GHz,信号频率范围为20GHz40GHz，中频为100MHz的微带谐波混频器电路，微带基片是用10mil的RT/Duroid 5880,二极管是用梁氏引线二极管，本振是通过高通滤波器加到二极管D上，信号是通过另一个高通滤波器也加到二极管D上，两者之间的隔离是靠信号高通滤波器和四分
8、之一波长（相对于30GHz）开路径向线完成的，中频是经四分之一波长线（相对于本振频率）由中频端口输出。二极管四分之一波长（相对于30GHz）径向线高频接地，中频由一电感提供接地通路。,微波电子线路,七、镜频回收混频器与镜频抑制混频器 混频器在混频过程中产生的镜频含有大量的信息量，将它回收与本振再次混频，可以降低变频损耗。镜频抑制是抑制外来的镜频干扰，提高信噪比。镜频回收可以采用镜频开路滤波器或镜频短路滤波器来完成，也可以采用平衡式镜频回收混频器平衡式镜频回收混频器可以抑制外来的镜频干扰。,镜频开路滤波器平衡混频器,镜频短路滤波器平衡混频器,平衡式镜频回收混频器,由于混频器应用很广，电路形式很多，利用双极晶体管、场效应管都能实现混频功能，这里我们就不一一介绍了。 谢 谢,
