射頻電路理論與技術(shù)Lectrue(頻率變換器)

1、第3章 微波(wib)頻率變換器 在雷達(dá)、通信及其它微波毫米波系統(tǒng)中要廣泛采用頻率變換器，它們是微波毫米波發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的重要組成部分。頻率變換器是一個(gè)廣義的稱(chēng)呼，其作用是對(duì)信號(hào)的頻譜進(jìn)行“搬移”，針對(duì)特定的輸入信號(hào)按需要(xyo)產(chǎn)生頻譜變化了的輸出信號(hào)，以利于實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電發(fā)射，或者進(jìn)行進(jìn)一步的放大、解調(diào)等信號(hào)處理。從頻率變換器的功能來(lái)看，其本質(zhì)必然是非線(xiàn)性變換，需要(xyo)利用非線(xiàn)性元件。 共四十七頁(yè)固態(tài)電路中，采用(ciyng)的非線(xiàn)性元件一般是半導(dǎo)體二極管: 非線(xiàn)性電阻(dinz)二極管 肖特基勢(shì)壘二極管 非線(xiàn)性電容二極管 變?nèi)莨?、階躍恢復(fù)二極管等 頻譜搬移過(guò)程主要由非線(xiàn)性電阻完成、即

2、核心元件是非線(xiàn)性電阻的頻率變換器稱(chēng)為“阻性變頻器” 頻譜搬移過(guò)程主要由非線(xiàn)性電抗完成、即核心元件是非線(xiàn)性電容的頻率變換器稱(chēng)為“參量變頻器”。 頻率變換器按照功能還可進(jìn)一步劃分為： 下變頻器、上變頻器和倍頻器微波頻率變換器3.1 概述 共四十七頁(yè)包含一個(gè)或多個(gè)非線(xiàn)性元件的網(wǎng)絡(luò)微波下變頻器的組成微波(wib)頻率變換器本地(bnd)振蕩信號(hào) 中頻信號(hào) 微波下變頻一般采用阻性變頻器工作頻帶可作得很寬，可達(dá)幾個(gè)甚至幾十個(gè)倍頻程，而且動(dòng)態(tài)范圍比較大，總噪聲系數(shù)可以作得相當(dāng)?shù)?包含一個(gè)或多個(gè)非線(xiàn)性元件的網(wǎng)絡(luò)微波上變頻器的組成泵浦信號(hào) 和頻信號(hào) 微波上變頻一般采用參量變頻器它變頻效率高、絕對(duì)穩(wěn)定。 共四十七

3、頁(yè)微波(wib)頻率變換器包含一個(gè)或多個(gè)非線(xiàn)性元件的網(wǎng)絡(luò)微波倍頻器的組成 微波倍頻器也是微波毫米波系統(tǒng)中常用的部件，在一些微波設(shè)備中，例如頻率合成器和微波倍頻鏈中，它更是不可(bk)缺少的關(guān)鍵部件之一。 稱(chēng)為倍頻次數(shù) 原則上，各種半導(dǎo)體元件只要具有非線(xiàn)性，都可以用來(lái)構(gòu)成倍頻器。 實(shí)際上，最常用的是變?nèi)莨鼙额l器和階躍管倍頻器。變?nèi)莨鼙额l器適用于低次倍頻，其效率較高，如果忽略損耗電阻等寄生參量的影響，效率甚至可以達(dá)到100；而階躍管倍頻器多用在高次倍頻場(chǎng)合，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，倍頻次數(shù)可達(dá)100以上。 本章將討論變?nèi)莨鼙额l器和階躍管倍頻器的性能及電路結(jié)構(gòu)。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器3.2 非

4、線(xiàn)性電阻(dinz)微波混頻器 非線(xiàn)性電阻微波混頻器的核心元件是肖特基勢(shì)壘二極管。常見(jiàn)的非線(xiàn)性電阻微波混頻器的基本電路有三種類(lèi)型：?jiǎn)味嘶祛l器采用一個(gè)混頻二極管，是最簡(jiǎn)單的微波混頻器；單平衡混頻器采用兩個(gè)混頻二極管；雙平衡混頻器采用四個(gè)二極管。 本節(jié)將以元件的特性為基礎(chǔ)，分析非線(xiàn)性電阻微波混頻器的工作原理及性能指標(biāo)，包括電路時(shí)頻域關(guān)系、功率關(guān)系、變頻損耗、噪聲特性，并給出各種非線(xiàn)性電阻微波混頻器的電路實(shí)現(xiàn)（微帶電路結(jié)構(gòu)）等。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器3.2.1 電路工作(gngzu)原理與時(shí)頻域關(guān)系 微波混頻器只采用一個(gè)肖特基勢(shì)壘混頻二極管，稱(chēng)為單端混頻器 是信號(hào)源內(nèi)阻抗，是本振源內(nèi)阻

5、抗，表示輸出負(fù)載阻抗，為直流偏壓 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器1. 輸出(shch)電流頻譜（設(shè) ） 先假設(shè) 、 和 均被短路;負(fù)載電壓（輸出電壓） 加于二極管兩端的電壓為信號(hào)電壓、本振電壓及直流偏壓（或零偏壓）之和 肖特基勢(shì)壘二極管的特性可以表示為: 二極管電流為 : （1）小信號(hào)情況 信號(hào)電壓幅度遠(yuǎn)小于本振電壓幅度 ,按臺(tái)勞級(jí)數(shù)在 處展開(kāi)為: 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器由于信號(hào)電壓的幅度(fd)很小，可將 以上的各高次項(xiàng)忽略不計(jì) 二極管的時(shí)變電導(dǎo) 假設(shè)混頻二極管對(duì)所有本振諧波電壓都是短路的，僅由正弦本振電壓決定 是僅加直流及本振電壓時(shí)的二極管電流 和 都是本振頻率 的周期函數(shù)

6、,利用傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi) 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 根據(jù)第二章第二節(jié)混頻(hn pn)二極管的交流激勵(lì)特性可知（忽略反向飽和電流）： （本振電流） （信號(hào)基波電流） （輸出中頻電流） 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器（高次差頻電流(dinli)） （各次和頻電流） 混頻電流的主要頻譜 頻率稱(chēng)為和頻， 除稱(chēng)為中頻外還稱(chēng)為差頻， 稱(chēng)為鏡像頻率。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器得出以下基本(jbn)結(jié)論: 在非線(xiàn)性電阻混頻過(guò)程中產(chǎn)生了無(wú)數(shù)的組合分量，其中包 含有中頻分量，能夠?qū)崿F(xiàn)混頻功能?？捎弥蓄l帶通濾波器 取出所需的中頻分量而將其它組合頻率濾掉。 中頻電流的振幅為 .它與輸入信號(hào)振幅成

7、正比 例?；祛l器輸入端與輸出端分量振幅之間具有線(xiàn)性關(guān)系, 這一點(diǎn)對(duì)信號(hào)接收時(shí)的保真無(wú)疑是非常有意義的。 由于本振信號(hào)是強(qiáng)信號(hào)，在混頻過(guò)程中它通過(guò)二極管的非 線(xiàn)性作用而產(chǎn)生了無(wú)數(shù)的諧波，每一個(gè)諧波都包含了部分 有用的信號(hào)功率，是對(duì)信號(hào)功率的浪費(fèi)，應(yīng)該采取措施加 以回收利用，以提高從信號(hào)變換為中頻的變換效率。但各 諧波功率大約隨 變化，因此混頻產(chǎn)物電路的組合分量 強(qiáng)度隨增加而很快減小。通常只有本振基波和二次諧波 等分量才足夠強(qiáng)，對(duì)混頻變換效率產(chǎn)生較大影響。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器（2）大信號(hào)(xnho)情況 如果混頻器的輸入信號(hào)是強(qiáng)信號(hào)（但可認(rèn)為信號(hào)電壓幅度仍遠(yuǎn)小于本振電壓幅度），不能

8、忽略 以上的各高次項(xiàng)。此時(shí)信號(hào)也將產(chǎn)生各次諧波，混頻產(chǎn)物電流的頻譜分量將大為增加。 為使問(wèn)題分析及表達(dá)簡(jiǎn)潔，可以借助歐拉公式把上述各三角函數(shù)表示為指數(shù)形式: 如果定義 ，則有： 從而，傅立葉展開(kāi)的g(t)可以寫(xiě)為： 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器信號(hào)(xnho)電壓及其各次冪同樣可以寫(xiě)成： 表示為： 混頻輸出電流的一般表達(dá)式 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器大信號(hào)下混頻的基本(jbn)結(jié)論： 在非線(xiàn)性電阻混頻過(guò)程中產(chǎn)生了信號(hào)和本振所有可能的各次 諧波組合分量，比小信號(hào)時(shí)豐富得多。其中包含有中頻分量， 能夠?qū)崿F(xiàn)混頻功能?？捎弥蓄l帶通濾波器取出所需的中頻分 量而將其它組合頻率濾掉。 二極管電

9、流中包含中頻分量為： 其振幅可計(jì)算出為： 中頻電流振幅不再與輸入信號(hào)振幅成線(xiàn)性關(guān)系，將產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。 由于信號(hào)也產(chǎn)生各次諧波，將有可能在輸出端產(chǎn)生組合干擾。共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器2. 電路(dinl)時(shí)域與頻域關(guān)系 實(shí)際中電路中加在二極管兩端的電壓就不再僅是信號(hào)電壓、本振電壓及直流偏壓，而是包含了各電阻的壓降在內(nèi)。 假設(shè)輸入信號(hào)滿(mǎn)足小信號(hào)條件，這時(shí)混頻器對(duì)輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)是線(xiàn)性的，這種電路網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為“線(xiàn)性周期時(shí)變電阻網(wǎng)絡(luò)”。 小信號(hào)條件下混頻二極管的電流由兩部分構(gòu)成： (1)由直流及本振電壓激勵(lì)起的 部分； (2)由加在二極管兩端的其它壓降 激勵(lì)起的電流，記為 ， 當(dāng)假設(shè)電路中各電阻均

10、短路時(shí)， 僅由 構(gòu)成，即： 設(shè)輸入信號(hào)是復(fù)信號(hào)，即：共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器以 帶入上式，并且(bngqi)令 ，可得： 可把電流分量的頻率記為 ，當(dāng) 為正時(shí)， ， 為負(fù)時(shí)， ，信號(hào)頻率 ，中頻頻率 ，鏡像頻率 。 在電路中加入各電阻，電流 的各個(gè)分量流過(guò)這些電阻，將在這些電阻兩端產(chǎn)生電壓降，這些電壓降將連 同一起加在二極管上，即這時(shí)的 將不再僅含有 部分。 由于這些電阻都是線(xiàn)性電阻， 流過(guò)它們只能產(chǎn)生與 具有相同頻譜成分的電壓，不會(huì)增加新的頻譜分量，已有的頻譜分量也不會(huì)減少。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器二極管兩端的總電壓 變化(binhu)可表示為 簡(jiǎn)化描述公式 稱(chēng)為小信號(hào)

11、混頻器的時(shí)域方程 周期時(shí)變電導(dǎo)一端口網(wǎng)絡(luò)代表了一個(gè)線(xiàn)性周期時(shí)變電導(dǎo)一端口網(wǎng)絡(luò) 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器時(shí)變網(wǎng)絡(luò)(wnglu)的頻域關(guān)系: 令 給定不同的 m 值，將上式展開(kāi)，可得到無(wú)限多個(gè)線(xiàn)性方程，可將它們表示成矩陣形式： 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 表明包含非線(xiàn)性元件的物理單端口網(wǎng)絡(luò)在頻域上是一個(gè)具有無(wú)窮多個(gè)頻率及端口的線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)，該多頻多端口網(wǎng)絡(luò)既反映了混頻器的非線(xiàn)性頻率變換作用，又給出了頻率變換后的各小信號(hào)成分幅度之間的線(xiàn)性關(guān)系。 該網(wǎng)絡(luò)的變換矩陣 僅由二極管特性(txng)和二極管的直流、本振激勵(lì)條件決定，而與電路中小信號(hào)成分（ 、 ）的幅度大小無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，直流偏置

12、與本振激勵(lì)的作用是使混頻二極管體現(xiàn)出混頻所需的非線(xiàn)性電導(dǎo)（電阻）特性 ，在此基礎(chǔ)上，對(duì)加在二極管上的任何輸入信號(hào) 及由 導(dǎo)致的 產(chǎn)生非線(xiàn)性混頻作用，產(chǎn)生中頻輸出。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 顯然 和 表示(biosh)信號(hào)頻率 的電流、電壓復(fù)振幅 和 ； 和 表示(biosh)中頻頻率 的電流、電壓復(fù)振幅 和 ；而 和 表示(biosh)負(fù)鏡像頻率 的電流、電壓復(fù)振幅，在復(fù)信號(hào)表示系統(tǒng)中，它們與正鏡像頻率電流、電壓復(fù)振幅是互為共軛的，即 ， 。 直流和本振的作用由于已體現(xiàn)為使混頻二極管呈現(xiàn)非線(xiàn)性電導(dǎo)（電阻）特性 ，故不再存在直流和本振端口。 3混頻二極管非線(xiàn)性結(jié)電容 的非線(xiàn)性變頻效應(yīng)

13、 實(shí)際上寄生參量 , 對(duì)于混頻必然是有影響的，尤其是非線(xiàn)性結(jié)電容 的變頻效應(yīng)。 與 特性的變頻原理類(lèi)似，該 特性也會(huì)產(chǎn)生 的各組合頻率成分，但是應(yīng)根據(jù)電容 求出流過(guò)電容的電流。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 假設(shè)混頻器工作在小信號(hào)(xnho)下，認(rèn)為二極管工作點(diǎn)隨本振大信號(hào)(xnho)電壓而變化，然后在工作點(diǎn)展開(kāi)為臺(tái)勞級(jí)數(shù)，可求得二極管勢(shì)壘電容儲(chǔ)存電荷的瞬時(shí)值為： 展開(kāi)式中第一項(xiàng)包含直流項(xiàng)和本振基波及其諧波項(xiàng)，相應(yīng)的容性電流為： 稱(chēng)為時(shí)變電容，反映當(dāng)本振電壓隨時(shí)間作周期性變化時(shí)，瞬時(shí)電容也隨時(shí)間作周期變化。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器混頻器工作在小信號(hào)下，可忽略 以上(yshng

14、)各項(xiàng)，考慮到： 流過(guò)電容的這部分容性電流為： 必須考慮其非線(xiàn)性變頻效應(yīng) 可求得非線(xiàn)性電容具有的時(shí)域、頻域關(guān)系 由于二極管肖特基結(jié)的非線(xiàn)性特性，即使外加正弦本振電壓，二極管的結(jié)電壓和結(jié)電流波形也不是正弦的，該波形還受到二極管寄生參量、封裝參量及外電路阻抗的影響。嚴(yán)格的理論分析應(yīng)首先求出二極管上實(shí)際結(jié)電壓（結(jié)電流）波形，在此基礎(chǔ)上求出時(shí)變電導(dǎo)和時(shí)變電容、及它們的各次諧波分量幅度，這種分析稱(chēng)為混頻器的“非線(xiàn)性分析”。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器3.2.2 電路(dinl)功率關(guān)系與變頻損耗 混頻器的變頻損耗 一般可定義為： 它表示混頻器中任意邊帶頻率 到另一邊帶頻率 之間的變頻損耗， 和

15、分別表示這兩個(gè)頻率上的資用功率。 由于一般只關(guān)注輸出中頻的情況，可把混頻器的變頻損耗定義限定為： 和 分別為從信號(hào)源和中頻輸出端得到的資用功率。 1混頻器的功率關(guān)系 二極管這一非線(xiàn)性電阻中的瞬時(shí)功率可表示為： 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器平均功率一般(ybn)可表示為： 當(dāng) 時(shí)，積分項(xiàng)為1，當(dāng) 時(shí)，積分項(xiàng)為0對(duì)于阻性二極管來(lái)說(shuō)， 是時(shí)間的實(shí)函數(shù)，而且對(duì)所有的時(shí)間來(lái)說(shuō) ，則可見(jiàn) 為實(shí)數(shù)，而且恒有 。 考慮到只有信號(hào)源對(duì)時(shí)變電阻 饋給功率，故 （信號(hào)頻率上進(jìn)入的功率）是正的，而在其它頻率 （ ）上均吸收功率，因而它們的功率 均為負(fù)值。共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 可得出結(jié)論：對(duì)于非負(fù)的

16、時(shí)變電阻 和時(shí)變電導(dǎo)(din do) 來(lái)說(shuō)，混頻器中所有混頻產(chǎn)物所得到的總功率不大于信號(hào)源所供給的信號(hào)功率。 變頻損耗不可能小于1，即不可能有變頻增益，因而我們所討論的線(xiàn)性周期時(shí)變電阻網(wǎng)絡(luò)是無(wú)源的。由于其無(wú)源性，因而它是絕對(duì)穩(wěn)定的，即在任何終端負(fù)載和本振條件下都不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。 在無(wú)窮多個(gè)混頻產(chǎn)物頻率中，我們一般僅需要輸出一種頻率成分，即中頻。那些不需要輸出的混頻產(chǎn)物（稱(chēng)為帶外閑頻）在相應(yīng)頻率的端口阻抗上造成功率損耗，如果能使混頻器對(duì)這些無(wú)用邊帶頻率造成特殊的終端條件，則可減少有用功率的浪費(fèi)，減小變頻損耗。 相當(dāng)于在頻率為 的端口上分別具有短路、開(kāi)路和電抗終端 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變

17、換器2Y混頻器及其變頻(bin pn)損耗 在各種減小變頻損耗的措施中，如果采取的是對(duì)所有帶外閑頻 （ ）提供短路終端，構(gòu)成的混頻器稱(chēng)為Y混頻器。Y混頻器電路原理圖 所有帶外閑頻 （ ）都是嚴(yán)重失諧而呈現(xiàn)近似短路的終端阻抗。相當(dāng)于前面線(xiàn)性分析中加在混頻二極管上的電壓只有三個(gè)：信號(hào)電壓、鏡頻電壓和中頻電壓，因此混頻器是三端口網(wǎng)絡(luò)。共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器Y混頻器的電路方程(fngchng)表示為： 或 由于 表示時(shí)變電導(dǎo) 各分量的復(fù)振幅，表示導(dǎo)納，因而 矩陣是Y矩陣（導(dǎo)納矩陣），故把這種混頻器稱(chēng)為Y混頻器。 以Y混頻器為例來(lái)具體分析變頻損耗。假設(shè)本振電壓的初相 Y混頻器的矩陣方程式為：

18、 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 由于Y混頻器除信號(hào)端口和中頻端口之外，還有一個(gè)鏡頻端口?；祛l產(chǎn)生的鏡像頻率同樣包含有信號(hào)的有用功率，也會(huì)造成變頻損耗的降低，因此必須對(duì)鏡頻端口進(jìn)一步施加特殊的終端條件，以利于回收(hushu)鏡像頻率混頻產(chǎn)物中包含的有用信號(hào)功率，進(jìn)一步降低變頻損耗。 Y混頻器按照對(duì)于鏡頻端口采取措施與否及采取措施的不同，又可以分為三種類(lèi)型：鏡像匹配、鏡像短路和鏡像開(kāi)路，這三種鏡像終端由于終端條件不同會(huì)有不同的變頻損耗性能，為獲得最佳變頻損耗，對(duì)信號(hào)源電阻和負(fù)載電阻的要求也不同。 （1）鏡像匹配情況 鏡頻距離信號(hào)頻率僅有二倍中頻 從二極管向外電路看去，信號(hào)輸入回路對(duì)鏡頻的阻

19、抗與對(duì)信號(hào)頻率的阻抗近似相等，這種混頻器稱(chēng)為“鏡像匹配混頻器”。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器輸出(shch)電導(dǎo) 一般混頻器等效電路 變頻損耗 最佳變頻損耗 與最佳信號(hào)源電導(dǎo) 及輸出電導(dǎo) 當(dāng) 時(shí)， ，這意味著在極限本振激勵(lì)下，信號(hào)輸入功率僅有一半變換為有用的中頻功率，而另一半會(huì)變成鏡像功率在信號(hào)源內(nèi)導(dǎo)上消耗掉。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器變頻損耗與本振電壓和鏡像終端類(lèi)型(lixng)的關(guān)系 歸一化最佳電導(dǎo)與本振電壓和鏡像終端類(lèi)型的關(guān)系 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器（2）鏡像短路(dunl)情況 如果信號(hào)和本振輸入回路 和 都是窄帶的，對(duì)鏡像頻率它們具有很低的阻抗，可以使得

20、鏡像電壓 但鏡像電流 ，就會(huì)出現(xiàn)“鏡像短路”情況。 加有鏡像短路濾波器的混頻器 在實(shí)際電路中，一般是采用“嵌入”鏡像濾波器的辦法來(lái)構(gòu)造鏡像短路，這種電路不要求輸入回路具有能區(qū)分信號(hào)頻率和鏡像頻率的窄帶特性，鏡像短路由專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 電路在二極管輸入口并聯(lián)一個(gè)窄帶的串聯(lián)諧振回路，諧振于鏡像頻率，根據(jù)串聯(lián)諧振的特性，該回路對(duì)鏡像頻率提供近似短路的低阻抗，但對(duì)信號(hào)頻率提供高阻抗，因此該回路對(duì)信號(hào)功率損耗很小共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 當(dāng) 時(shí)， ，這是因?yàn)樵阽R像短路情況下，包括鏡頻在內(nèi)的所有高次閑頻分量均被短路而沒(méi)有功率損耗(snho)，故在極限本振激勵(lì)下，所有信號(hào)輸入功率都可變成中頻功率

21、。當(dāng)然，實(shí)際混頻器本振激勵(lì)是有限的，變頻損耗總是大于1，是有耗的。 （3）鏡像開(kāi)路情況 如果在混頻器輸入端與二極管之間嵌入一個(gè)鏡像頻率的并聯(lián)諧振回路，它將在鏡像頻率上呈現(xiàn)高阻抗，使得鏡像電壓 但鏡像電流 ，就會(huì)出現(xiàn)“鏡像開(kāi)路”情況。 在鏡頻諧振回路兩端的鏡像電壓將又加在二極管上，并與本振再次混頻產(chǎn)生中頻，又得到有用的中頻能量。因此，這里鏡像頻率的并聯(lián)諧振回路相當(dāng)于鏡頻的能量存儲(chǔ)器，并最終把鏡頻能量再轉(zhuǎn)化為中頻能量. 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器加有鏡像開(kāi)路(kil)濾波器的混頻器 當(dāng) 時(shí), 綜合三種類(lèi)型鏡像終端Y混頻器的性能，可以得出一些重要結(jié)論： 在同樣的本振激勵(lì)功率下， 鏡像開(kāi)路的變

22、頻損耗最小， 而鏡像匹配的損耗最大。鏡像開(kāi)路混頻器所要求的最佳信號(hào)源 電導(dǎo)比鏡像短路混頻器的小的多，如果給定的信號(hào)源電阻較低 （約幾十歐），那么鏡像短路混頻器比較容易與信號(hào)源匹配， 實(shí)際上所得性能并不比鏡像開(kāi)路混頻器差。 鏡像匹配混頻器是寬帶混頻器，它具有存在于本振頻率兩側(cè)的 信號(hào)及鏡頻通道，是雙通道混頻器，如果在信號(hào)輸入端存在一 個(gè)頻率等于鏡像頻率的外來(lái)干擾信號(hào)，能夠在中頻輸出端造成 中頻干擾，使混頻器性能變壞。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 鏡像短路與開(kāi)路混頻器是窄帶(zhi di)混頻器，只在本振頻率一側(cè)存在 信號(hào)通道，是單通道混頻器，如果在信號(hào)輸入端存在一個(gè)頻率 等于鏡像頻率的外

23、來(lái)干擾信號(hào)，它也會(huì)被輸入回路中的鏡像抑 制濾波器（短路或開(kāi)路）所抑制，不能通過(guò)混頻器產(chǎn)生輸出。 常用鏡像匹配混頻器來(lái)接收寬帶信號(hào)或調(diào)制產(chǎn)生的雙邊帶信號(hào)， 這時(shí)雖然每個(gè)通道的變頻損耗較大，但中頻功率可以是兩個(gè)通 道之和，這樣總變頻損耗并不會(huì)惡化太多；而用鏡像開(kāi)路或短 路混頻器來(lái)接收窄帶或單邊帶信號(hào)。如果必須用鏡像匹配混頻 器來(lái)接收窄帶信號(hào)，就必須盡可能“抑制”或“關(guān)閉”鏡像通道以 減小中頻干擾。 混頻器對(duì)本振源的輸入電導(dǎo) 與混頻器最佳信號(hào)源電導(dǎo) 數(shù) 值相近，即混頻器與本振源電導(dǎo) 匹配得到的性能與最佳性能 相近。因此實(shí)際設(shè)計(jì)寬帶混頻器時(shí)，常用 來(lái)估計(jì) ，這給 寬帶混頻器的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)和方便。 共

24、四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器3二極管寄生參量對(duì)變頻損耗(snho)的影響 二極管寄生參量 , 對(duì)高頻信號(hào)和中頻信號(hào)都要起分流和分壓作用，因此在理想混頻器的輸入和輸出端都應(yīng)接上并聯(lián)電容和串聯(lián)電阻。 實(shí)際混頻器的變頻損耗為： 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 如果(rgu)考慮二極管的寄生參量在內(nèi)，總的變頻損耗隨本振電壓幅度變化的趨勢(shì)就不再是單調(diào)變化，當(dāng)本振電壓幅度在某個(gè)數(shù)值范圍內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)變頻損耗最小值。因此變頻損耗的最佳值不僅受信號(hào)源內(nèi)阻的影響，還會(huì)受到本振激勵(lì)電壓的影響。 一般來(lái)說(shuō)，為使寄生參量造成的附加損耗小，應(yīng)使 和 本身的值較小，而且混頻二極管的截止頻率應(yīng)滿(mǎn)足 。 在實(shí)際電路中

25、，混頻器的損耗還要包括輸入和輸出端的失配損耗，及混頻器電路其它元件的損耗，這些損耗是實(shí)際設(shè)計(jì)混頻器必須考慮的，實(shí)際得到的混頻器變頻損耗要比理論計(jì)算的高。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器3.2.3 噪聲(zoshng)特性 混頻器的噪聲特性主要用“噪聲系數(shù)”和“噪聲比”來(lái)描述。針對(duì)混頻器輸出的核心變頻產(chǎn)物-中頻，混頻器的噪聲系數(shù)可定義為： 為混頻器的變頻損耗; 分別為混頻器輸入和輸出的噪聲資用功率。 一般把混頻器的總輸出噪聲等效為溫度 的電阻所產(chǎn)生的熱噪聲，稱(chēng)為混頻器的等效噪聲溫度，并可定義混頻器的噪聲比 為： 為標(biāo)準(zhǔn)噪聲溫度，一般取常溫290K。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器 混頻器

26、的噪聲系數(shù)及噪聲比與混頻器的電路(dinl)結(jié)構(gòu)（單或雙通道）及信號(hào)頻譜寬度（單或雙邊帶）有關(guān)。 1鏡像開(kāi)路和短路混頻器的噪聲系數(shù) 這時(shí)混頻器是單通道的，它是二端口有耗網(wǎng)絡(luò)，其噪聲等效電路為： 混頻器的輸出噪聲由兩部分構(gòu)成：一部分是輸入噪聲經(jīng)過(guò)混頻器衰減后的噪聲輸出功率，另一部分是混頻器內(nèi)部噪聲產(chǎn)生的輸出功率。 下標(biāo)“1”表示單通道混頻器。將噪聲系數(shù)用變頻損耗和噪聲比表示，可得： 混頻器的噪聲系數(shù)近似等于變頻損耗，要獲得低噪聲系數(shù)，必須使混頻器的變頻損耗盡可能低，兩者是一致的。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器2鏡像匹配(ppi)混頻器的噪聲系數(shù) 這時(shí)混頻器是雙通道的，它是三端口有耗網(wǎng)絡(luò)。對(duì)

27、于這種雙通道混頻器，當(dāng)信號(hào)的邊帶結(jié)構(gòu)不同時(shí)，如單邊帶（SSB）信號(hào)或雙邊帶（DSB）信號(hào)，其噪聲系數(shù)及噪聲比是不同的，必須分別討論。 （1）單邊帶信號(hào)情況 這時(shí)信號(hào)功率僅存在于信號(hào)通道，鏡像通道沒(méi)有信號(hào)，但由于鏡像通道也存在熱噪聲，因此將會(huì)有兩個(gè)通道的噪聲通過(guò)混頻產(chǎn)生中頻噪聲輸出，其噪聲性能將變壞。 這時(shí)噪聲系數(shù)和噪聲比為： 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器（2）雙邊(shungbin)帶信號(hào)情況 信號(hào)和鏡像通道都存在信號(hào)功率，因此輸出中頻功率 ，而輸出的總中頻噪聲資用功率仍為 ，故輸出中頻的信噪比比單邊帶信號(hào)情況增加一倍；而輸入信噪比這時(shí)并沒(méi)有改變。噪聲系數(shù)為: 如果用雙通道混頻器來(lái)接收“

28、單邊帶”信號(hào)時(shí)，由于噪聲輸出是雙通道的，而信號(hào)是單通道的，噪聲系數(shù)要增大一倍，或者說(shuō)輸出信噪比變壞3dB。為了降低混頻器的噪聲系數(shù)以改善靈敏度，應(yīng)將鏡像通道抑制，這樣對(duì)信號(hào)傳輸無(wú)影響，但可將噪聲削弱3dB。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器3混頻器-中放組件(z jin)的噪聲系數(shù) 在外差式微波接收機(jī)中，一般采用混頻器-中頻放大器組件作為接收前端。由于阻性混頻器本身沒(méi)有增益，其后面中頻放大器的噪聲影響不能忽略。因此，以混頻器作前端器件的整機(jī)噪聲系數(shù)取決于混頻器-中放組件的總和噪聲系數(shù)。 總噪聲系數(shù) 對(duì)于單通道混頻器，因 若 ，可得： 對(duì)于雙通道混頻器接收單邊帶信號(hào)情況: 對(duì)于雙通道混頻器接收

29、雙邊帶信號(hào)情況: 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器由于理論(lln)上 ，因此理想的鏡像短路（開(kāi)路）混頻器及低噪聲中放應(yīng)獲得較小的整機(jī)噪聲系數(shù)。 從以上的分析可見(jiàn)，要獲得低噪聲，必須降低變頻損耗、二極管的噪聲比以及中頻放大器的噪聲系數(shù)。在一定的噪聲比和中頻放大器的噪聲系數(shù)下，降低是獲得低噪聲系數(shù)的關(guān)鍵。因此低噪聲混頻器必須具有低損耗。 4本振源引入的噪聲 在計(jì)算噪聲系數(shù)和噪聲比時(shí)，除混頻二極管本身產(chǎn)生噪聲外，僅考慮了信號(hào)源部分的噪聲輸入在中頻端造成的噪聲輸出。實(shí)際上，本陣源也會(huì)有噪聲，并會(huì)將其噪聲引入混頻過(guò)程，對(duì)混頻造成影響。 由于本振源諧振濾波器的作用，噪聲頻譜包絡(luò)與諧振器的頻率特性相同。 共四十七頁(yè)微波(wib)頻率變換器本振源輸出(shch)噪聲頻譜 本振源有效噪聲頻譜 在微波波段，噪聲系數(shù)增加大