第三讲微波混频器原理.ppt

第三讲微波混频器原理
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图 3-1　微波混频器的原理框图
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目前微波混频器主要采用的是金属-半导体构成的肖特基势垒二极管作为非线性器件。虽然二极管混频有变频损耗，但其噪声小、频带宽(可选多倍频程)、工作稳定、结构简单，方便用于微波集成电路。近年来，由于微波单片集成电路的发展，GaAs肖特基势垒栅场效应管及双栅MES FET混频器的研制成功，使混频器电路得到新的发展。目前，结合低噪声放大器、混频器、中频放大器等单元的集成接收组件已经广泛被使用于各种微波系统。
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微波混频器的工作原理　　通常，微波混频器是一种非线性电阻频率变换电路。 微波混频器的核心元件是肖特基势垒二极管。常见的微波混频器基本电路有三种类型：单端混频器使用一个混频二极管，是最简单的微波混频器；单平衡混频器使用两个混频二极管；双平衡混频器采用四个混频二极管。本节以元件的特性为基础，分析非线性电阻微波混频器的工作原理及性能指标，包括电路时-频域关系、功率关系、变频损耗、噪声特性，并给出各种微波混频器的电路实现等。
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　本振激励特性——混频器的大信号参量　　如图3-2所示，在混频二极管上加大信号本振功率和直流偏置(或零偏压)时，流过混频二极管的电流由二极管的伏安特性来决定。加在二极管上的电压是直流偏置与本振信号之和，二极管的伏安特性近似为指数函数，即则流过二极管的大信号电流为 
(3-1)
(3-2)
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图 3-2　混频二极管加直流偏压和本振功率时的原理图
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显然，流过二极管的大信号电流是本振功率ωL的周期性函数，可用傅里叶级数表示为式中：直流分量　　　n次谐波电流幅值　　　本振基波电流幅值 
(3-3)
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当αUL足够大时， 有故直流分量和本振基波电流幅值为 即 　　IL1≈2I0 　　　　　　(3-4)
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则所需的本振激励功率为　　混频器对本振呈现的电导为 　　可见，当UL一定时，GL值随直流电流的增大而增大，因而可以借助于调整E0来调节I0，从而改变GL使本振口达到匹配。在实际工作中，因为微波波段很难测量UL，所以通常由测量PL和I0来测定UL和GL。
(3-5)
(3-6)
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当混频二极管上只加直流偏压E0和本振功率时，混频二极管呈现的电导为　　式(3-7)说明当本振电压随时间作周期性变化时，瞬时电导g(t)也随时间作周期性变化，故称为时变电导；同样g(t)也可以展成傅里叶级数：
(3-7)
(3-8)
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