《射频微波电路导论 课件(西电版)第11章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《射频微波电路导论 课件(西电版)第11章（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章 其他常用微波电路隔离器与环形器在微波系统中，常把隔离器接在信号发生器与负载之 间，以改善源与负载的匹配。这样可以使得来自负载 的反射功率不能返回发生器输入端，避免负载阻抗改 变而引起源的输出功率和频率的改变隔离器和环形器是在微波结构中放入铁氧体材料， 外加恒定磁场，在这个区域构成各向异性介质，电 磁波在这种媒体中三个方向的传输常数是不同的， 从而实现单向传输隔离器原理结构1 谐振式隔离器利用铁磁谐振效应（吸收右旋 园极化波，衰减 右旋极化波，左旋波损耗很小）优点：功率容量大缺点：需要较大的偏置磁场E平面全高片H平面片随片位置变化前向和反向传输衰减常数2 场位移式隔离器在铁氧体一侧x=
2、c+t处可使前向波电场完全消失掉，而在 同一位置上反向电场可以变得很大。在此处放置一薄电 阻片，前向波基本上不受影响，而反向波受到衰减，从 而实现隔离3 法拉第旋转式隔离器输入输出波导1和6横截面互成45，吸收片7和8也互成 45，并且吸收片7与输入波导的电场方向垂直，吸收片 8与输出波导6的电场方向垂直。利用法拉第旋转使电场 极化方向旋转45实现正向衰减较小，反向衰减较大， 从而实现隔离功能环形器环形器是一个多端口器件，电磁波的传输只能沿单方 向环行传输。上图传输方向是123，而反向是隔 离的。波导结果的环形器微带结构的环形器微带型环形器实物图环形器的几种典型应用混频器与检波器混频器在微波电
3、路里面的作用是实现频率的变化， 与本振信号结合可以把射频信号下变频为中频信号 进行处理，也可以把中频信号上边频为射频信号发 射出去混频器的主要指标1 变频损耗 描述变频后输出信号的幅度变化，二 极管混频器变频损耗典型值7dB左右2 噪声系数 描述经过混频器后信号质量变坏的程度 ，主要决定于变频损耗的大小，且与本振功率有最 佳值3 线性特性 1dB压缩点、动态范围4 本振功率 指标受本振功率控制，典型的本振功 率有7dBm、10dBm、17dBm5 端口隔离 三个端口LO、RF、IF频率不同，互 相隔离指标越高越好，一般要求大于20dB6 端口VSWR混频器原理理想的混频器是一个开关或乘法器通常
4、，RF的功率比LO的功率小得多，不考虑调制信 号的影响，乘法器输出频率为dnps 差频：IFps谐波混频：IFnps和频：IFps混频器实现频谱搬移混频器按开关器件的数量和连接方式分类混频器中LO控制的开关特性可以由肖特基二极管或 者FET实现。肖特基二极管在LO的正半周低阻，负 半周高阻近似为开关；对于FET，改变栅源电压的 极性，漏源之间的电阻可以从几欧姆到几千欧姆变 化实现开关特性分类1 单端混频器2 单平衡混频器3 双平衡混频器1 单端混频器单端混频器等效电路设RF输入电压是为RF的余弦波设LO输入电压是为LO的余弦波对于二极管，采用小信号近似式得出总得二 极管电流为其中第一项为DC偏
5、置电流，用隔直电容与IF断开，第 二项式RF和LO输入信号的复制，可用低通滤波器虑 除，余下的第三项用恒等式可改写为从所得结果包括了几个新的信号分量，只有一项式所需要 的IF信号，直流项直接用隔直电容阻断，而 ， 和 项可以用低通滤波器阻断，剩下的IF输出电流 为一个实际的微带实现的12GHz单端混频器定向环滤波器苛刻的选择在L频率上，提供一些 LO和RF的隔离，并且降低来自LO源的调幅噪声 对整个混频器噪声系数的影响低通和频率滤波器同时阻止信号向RF输入端 传输并且将其反射会二极管再利用电路还包括二极管直流元件的电流回路，IF旁路 网络，独立的RF和LO频率的/4调节短截线， 相加滤波器，用
6、于IF输出的几种元件低通滤波器单端混频器缺点：1. 需要特殊滤波器，防止LO功率从RF端口出 去，更有可能从天线辐射出去2.如果定向耦合器或定向环路滤波器用来产生 LO信号，那么噪声系数和转换损耗将会恶化3.如果和LO信号有关的调幅噪声的带宽与RF带 宽重叠，混频器的噪声系数也会变坏解决办法就是采用两个单端混频器组合成一个90或 180的混合平衡结构2 单平衡混频器平衡混频器采用两只混频管，使信号和本振都以 等分的功率及一定的相位关系加到两只性能一致 的二极管上进行混频按相位分配关系有180单平衡混频器和90单平 衡混频器两种180单平衡混频器“经典”的6/4波长跑鼠耦合器（180）90单平衡
7、混频器采用3dB变阻定向耦合器单平衡混频器主要优点：1.单平衡混频器的输入匹配和RFLO的隔离度 得到改善 2.充分利用信号及本振功率，并使两管混频电流 的中频成分叠加，因此可增大信号动态范围3.抵消了本振引入的噪声，改善实际混频器的噪 声系数4.抑制部分由谐波混频产生的组合频率成分，减 少干扰和失真的可能性单端和单平衡混频器的主要问题：1.LO到RF的隔离度常常不够2.需要大的LO功率3.对LO的调幅噪声敏感4.带宽窄上述问题都可以通过用180或90混合接头（巴伦）将 两个单平衡混频器联在一起得到解决双平衡混频器把两个单平衡混频器180反向并联根据上述原理图构成的典型双平衡混频器变形后的双平
8、衡混频器几种混频器各种性能对比逆并联二极管混频器经常用于次谐波毫米波频率转换。背对背二极管的功能像 像一个频率倍增器，所以需要一个正规值一半的LO频率这对二极管有一个对称的IV特性，该特性可以抑制RF 和LO输入信号的基本混合产物，导致较好的变频损耗检波器检波器是实现峰值包络检波的电路，输出信号于 输入信号的包络相同，或者随输入RF信号的幅度 调制，产生直流或低频“视频”电压简化的检波器电路频率为R的入射RF功率Pinc通过一个匹配网络，这样 Pinc被在二极管阻抗的电阻部分吸收。旁路电容CL短路 RF输出电路，并且阻止Pinc进入视频电 阻负载RL。一 个外部偏置Idc可以加到二极管，RF扼
9、流圈（RFC）提 供直流回路，在视频频 率m上可以忽略电抗的大隔直 电容CB，将Idc与视频放大器隔离一种宽带微带线检波器开关与移相器开关、移相器和衰减器都称为微波控制电路。开关 在时分多工器、时分通道选择、脉冲调制、收发开 关、波束调整等方面都有广泛的应用开关的指标：插损尽可能小，关断损耗尽可能大（ 隔离度高），开关时间要快等微波开关原理铁氧体开关的原理是改变偏置磁场的方向（一般 用电磁体以方便、快速实现磁场的改变），从而 改变信号的传输常数，以达到开关的目的PIN管在正反向低频信号作用下，对微波信号有 开关作用。正偏时对微波信号的衰减很小（ 0.5dB），反向偏置时对微波信号的衰减很大（
10、大于25dB）微波开关电路按接口数量有：单刀单掷（SPST）、单刀双掷（ SPDT）、双刀双掷（DPDT）、单刀六掷（SP6T ）等并联型SPDT开关 串联型SPDT开关串并联复合开关SPSTSP3T大功率宽带开关采用大功率高反向击穿电压的PIN管作为开关管PIN管的驱动电路移相器在通信系统中，调相就是对微波信号相位的 控制，在雷达系统中，相控阵天线就是控制 送入天线每个单元信号的相位，实现天线波 束的调整。移相器的基本原理：在传输线上改变传播 常数或改变信号的波程相位差开关线移相器加载线移相器两个PIN管在正偏或者反偏的状态下，加载线都等效为纯 电抗，则主传输线引入不同的电纳jB和jB，这两中情 况下移相器等效为不同电长度的传输线（特征电纳为Y） ，从而实现相移量和
