微波混頻器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

微波混頻器電路③雙平衡混頻器:電路復(fù)雜、性能優(yōu)越、在要求很高的場(chǎng)合應(yīng)用。④雙平衡混頻器:電路復(fù)雜、性能優(yōu)越、在要求很高的場(chǎng)合應(yīng)用。以上電路中前三種電路都是鏡像匹配混頻器,重點(diǎn)掌握雙管單平衡混頻器電路形式、原理、分析與設(shè)計(jì)。

二、單端混頻器電路

典型的微帶單端平衡混頻器電路如圖4-1所示,信號(hào)和本振經(jīng)定向耦合器加于肖特基管上,定向耦合器的耦合度一般取10db左右，太強(qiáng)了則信號(hào)損失嚴(yán)重;太弱了則本振功率要求太高.管子前面的相移段使管子復(fù)數(shù)阻抗變成純電阻再經(jīng)過串聯(lián)匹配降低輸入端駐波比,管子后面低微波混頻器電路③雙平衡混頻器:電路復(fù)雜、性能優(yōu)越、在要求很高1微波混頻器電路1—定向耦合器；2—阻抗變換器；3—相移線段；4—阻性混頻二極管;5—高頻旁路；6—半環(huán)電感及縫隙電容；7—中頻和直流通路；8—匹配負(fù)載圖5-1微帶型微波單端混頻器的電路結(jié)構(gòu)微波混頻器電路1—定向耦合器；2—阻抗變換器；3—相移線段；2微波混頻器電路阻線對(duì)高頻有效短路，使信號(hào)、本振與中頻端口充分隔離,同時(shí)濾除一切高次諧波,偏壓經(jīng)變阻抗線加于管子上.終端可視為高頻接地,中頻也經(jīng)此線形成回路。該電路簡(jiǎn)易，成本低性能不高。L和F較大,要求本振功率也大。電路中設(shè)計(jì)微帶線長度時(shí)都是以信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)的微帶導(dǎo)內(nèi)波長為基準(zhǔn)的，一方面是由于信號(hào)頻率和本振頻率很接近，按信號(hào)波長設(shè)計(jì)對(duì)本振傳輸帶來的影響不大；另一方面是由于信號(hào)功率比較弱，電路設(shè)計(jì)務(wù)必要保證信號(hào)的損失最小，因此只能犧牲部分本振功率。微波混頻器電路阻線對(duì)高頻有效短路，使信號(hào)、本振與中頻端口充3微波混頻器電路三、雙管單平衡混頻器電路平衡混頻器電路的主要優(yōu)點(diǎn)是:⑴抑制本振噪聲及部分寄生頻率⑵端口隔離度高⑶增大動(dòng)態(tài)范圍、提高管子抗燒毀能力⑷有效利用本振功率微波混頻器電路三、雙管單平衡混頻器電路4微波混頻器電路1、反相型平衡混頻器原理及電路

在平衡混頻器中，本振功率和信號(hào)功率經(jīng)輸入電路耦合等幅加于二個(gè)管子上?；祛l后兩管的中頻信號(hào)疊加輸出。如果二極管上本振信號(hào)是反向的稱為本振反相型平衡混頻器。如果信號(hào)是反相的則稱信號(hào)反相型平衡混頻器。從有效抑制本振噪聲角度看，前者比后者優(yōu)越。故實(shí)際上多用本振反相型平衡混頻器。本振反相型平衡混頻器電路如圖5-2所示由圖可知：

微波混頻器電路1、反相型平衡混頻器原理及電路在平衡混5微波混頻器電路信號(hào)中頻圖5-2本振反相型平衡混頻器等效電路微波混頻器電路信號(hào)中頻圖5-2本振反相型平衡混頻器等效電路6微波混頻器電路兩管的混頻跨導(dǎo)分別為：流過兩管的電流分別為：微波混頻器電路兩管的混頻跨導(dǎo)分別為：7微波混頻器電路其中中頻電流成分為：混頻后產(chǎn)生的中頻噪聲輸出為：總輸出中頻電流為：對(duì)隨同本振進(jìn)入的噪聲：微波混頻器電路其中中頻電流成分為：總輸出中頻電流為：對(duì)隨同本8微波混頻器電路在輸出端實(shí)際輸出的噪聲電流為：本振是個(gè)大信號(hào)，其噪聲電平較高，在輸出端被有效抵消可有效改善噪聲性能。對(duì)混頻后產(chǎn)生的高次諧波電流：輸出：n為偶數(shù)的高次諧波電流被完全抵消，只剩下奇次諧波電流，所以電路本身抵消了一半高次諧波電流分量。下面幾種電路都屬于反相平衡混頻器電路：微波混頻器電路本振是個(gè)大信號(hào)，其噪聲電平較高，在輸出端被9微波混頻器電路a）微帶混合環(huán)反相平衡混頻器微波混頻器電路a）微帶混合環(huán)反相平衡混頻器10微波混頻器電路

b）微帶分支線反相平衡混頻器微波混頻器電路b）微帶分支線反相平衡混頻器11微波混頻器電路c）波導(dǎo)正交場(chǎng)平衡混頻器微波混頻器電路c）波導(dǎo)正交場(chǎng)平衡混頻器12微波混頻器電路信號(hào)功率和本振功率分別以（a）（b）方式加入二管：可以看出，信號(hào)功率同相等幅加于二管，本振信號(hào)等幅反相加于二管。本振場(chǎng)和信號(hào)場(chǎng)是互相垂直的，名曰正交場(chǎng)，該混頻器頻帶寬、隔離好圖5-3混頻腔內(nèi)的電場(chǎng)分布(a)信號(hào)電場(chǎng)分布；(b)本振電場(chǎng)分布

微波混頻器電路信號(hào)功率和本振功率分別以（a）（b）方式加入二13微波混頻器電路2、π/2型（90°）移相型平衡混頻器這種混頻器的輸入端是一個(gè)分交電橋，加到兩管上的信號(hào)相位差為π/2。本振也是，故稱π/2移相型平衡混頻器。通過下面分析可知這類混頻器也在輸出端是混頻中頻電流疊加輸出。由圖5-4可知：微波混頻器電路2、π/2型（90°）移相型平衡混頻器14微波混頻器電路本振信號(hào)中頻輸出圖5-4微波混頻器電路本振信號(hào)中頻輸出圖5-415微波混頻器電路混頻電導(dǎo)為：混頻電流為：中頻電流為：微波混頻器電路混頻電導(dǎo)為：16微波混頻器電路輸出中頻電流為：四、其它混頻器電路1、雙平衡混頻器雙平衡混頻器原理電路如下圖所示。四管位于環(huán)行橋四臂，本振和信號(hào)分別加于兩臂，中頻從兩變壓器次極中心抽頭取出。如圖5-5所示：進(jìn)一步還可證明，該類混頻器也能消除本振噪聲和部分高次諧波分量。微波混頻器電路進(jìn)一步還可證明，該類混頻器也能消除本振噪聲和部17微波混頻器電路圖5-5雙平衡混頻器電路（a）低頻電路（b）等效電路微波混頻器電路圖5-5雙平衡混頻器電路18微波混頻器電路優(yōu)點(diǎn)：抑制本振噪聲和高頻互調(diào)干擾更有效。信號(hào)-本振更好隔離。管子動(dòng)態(tài)范圍大，抗燒毀更好。信號(hào)：上信號(hào)反相；上信號(hào)反相；和上相位差π。本振：上本振反相；上本振反相；和上相位差π。2、鏡像回收混頻器在管子輸入端加并、串聯(lián)諧振通路接地（或串、并聯(lián)諧振通路接地），諧振頻率為，形成鏡頻短（開）路，并且位置要調(diào)整到剛好使鏡頻和本振二次混頻后的中頻和一次混頻的中頻同相疊加，可回收鏡頻能量，提高混頻器微波混頻器電路在管子輸入端加并、串聯(lián)諧振通路接地（或19微波混頻器電路性能。如圖5-6所示：圖5-6鏡像回收平衡混頻器（a）鏡像短路平衡混頻器（b）鏡像開路平衡混頻器微波混頻器電路性能。如圖5-6所示：圖5-6鏡像回收平衡混頻20微波混頻器電路3、寬帶混頻器五、微波混頻器的設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)依據(jù)

其電路原理與一般混頻器相同，但輸入電路的功率耦合器和匹配電路必須按寬頻特性設(shè)計(jì)。①中心頻率及帶寬②變頻損耗與噪聲系數(shù)③中頻頻率④標(biāo)準(zhǔn)阻抗及外部連接條件（波導(dǎo)、同軸、微帶）⑤隔離度及其它微波混頻器電路3、寬帶混頻器其電路原理與一般混頻器相21微波混頻器電路2、設(shè)計(jì)步驟①由上面“①④”選傳輸線類型②由“①③”等選用或設(shè)計(jì)本③由“①②④”選二極管測(cè)參數(shù)，平衡混頻器的管子要配對(duì)。④確定電路類型：?jiǎn)味恕⑵胶?、鏡像端接等⑤電路設(shè)計(jì)：a：設(shè)計(jì)輸入電路：包括混合電路及阻抗匹配b：中頻濾波器設(shè)計(jì)：包括濾波及匹配c：直流及中頻接地線d：估算主要指標(biāo)⑥制作與調(diào)試⑦改進(jìn)及定型微波混頻器電路2、設(shè)計(jì)步驟22微波混頻器電路現(xiàn)在市場(chǎng)上已有定型的標(biāo)準(zhǔn)混頻器部件出售，一般用途可直接選擇現(xiàn)有產(chǎn)品購買。微波混頻器電路現(xiàn)在市場(chǎng)上已有定型的標(biāo)準(zhǔn)混頻器部件出售，一般用23微波混頻器電路③雙平衡混頻器:電路復(fù)雜、性能優(yōu)越、在要求很高的場(chǎng)合應(yīng)用。④雙平衡混頻器:電路復(fù)雜、性能優(yōu)越、在要求很高的場(chǎng)合應(yīng)用。以上電路中前三種電路都是鏡像匹配混頻器,重點(diǎn)掌握雙管單平衡混頻器電路形式、原理、分析與設(shè)計(jì)。

二、單端混頻器電路

典型的微帶單端平衡混頻器電路如圖4-1所示,信號(hào)和本振經(jīng)定向耦合器加于肖特基管上,定向耦合器的耦合度一般取10db左右，太強(qiáng)了則信號(hào)損失嚴(yán)重;太弱了則本振功率要求太高.管子前面的相移段使管子復(fù)數(shù)阻抗變成純電阻再經(jīng)過串聯(lián)匹配降低輸入端駐波比,管子后面低微波混頻器電路③雙平衡混頻器:電路復(fù)雜、性能優(yōu)越、在要求很高24微波混頻器電路1—定向耦合器；2—阻抗變換器；3—相移線段；4—阻性混頻二極管;5—高頻旁路；6—半環(huán)電感及縫隙電容；7—中頻和直流通路；8—匹配負(fù)載圖5-1微帶型微波單端混頻器的電路結(jié)構(gòu)微波混頻器電路1—定向耦合器；2—阻抗變換器；3—相移線段；25微波混頻器電路阻線對(duì)高頻有效短路，使信號(hào)、本振與中頻端口充分隔離,同時(shí)濾除一切高次諧波,偏壓經(jīng)變阻抗線加于管子上.終端可視為高頻接地,中頻也經(jīng)此線形成回路。該電路簡(jiǎn)易，成本低性能不高。L和F較大,要求本振功率也大。電路中設(shè)計(jì)微帶線長度時(shí)都是以信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)的微帶導(dǎo)內(nèi)波長為基準(zhǔn)的，一方面是由于信號(hào)頻率和本振頻率很接近，按信號(hào)波長設(shè)計(jì)對(duì)本振傳輸帶來的影響不大；另一方面是由于信號(hào)功率比較弱，電路設(shè)計(jì)務(wù)必要保證信號(hào)的損失最小，因此只能犧牲部分本振功率。微波混頻器電路阻線對(duì)高頻有效短路，使信號(hào)、本振與中頻端口充26微波混頻器電路三、雙管單平衡混頻器電路平衡混頻器電路的主要優(yōu)點(diǎn)是:⑴抑制本振噪聲及部分寄生頻率⑵端口隔離度高⑶增大動(dòng)態(tài)范圍、提高管子抗燒毀能力⑷有效利用本振功率微波混頻器電路三、雙管單平衡混頻器電路27微波混頻器電路1、反相型平衡混頻器原理及電路

在平衡混頻器中，本振功率和信號(hào)功率經(jīng)輸入電路耦合等幅加于二個(gè)管子上?；祛l后兩管的中頻信號(hào)疊加輸出。如果二極管上本振信號(hào)是反向的稱為本振反相型平衡混頻器。如果信號(hào)是反相的則稱信號(hào)反相型平衡混頻器。從有效抑制本振噪聲角度看，前者比后者優(yōu)越。故實(shí)際上多用本振反相型平衡混頻器。本振反相型平衡混頻器電路如圖5-2所示由圖可知：

微波混頻器電路1、反相型平衡混頻器原理及電路在平衡混28微波混頻器電路信號(hào)中頻圖5-2本振反相型平衡混頻器等效電路微波混頻器電路信號(hào)中頻圖5-2本振反相型平衡混頻器等效電路29微波混頻器電路兩管的混頻跨導(dǎo)分別為：流過兩管的電流分別為：微波混頻器電路兩管的混頻跨導(dǎo)分別為：30微波混頻器電路其中中頻電流成分為：混頻后產(chǎn)生的中頻噪聲輸出為：總輸出中頻電流為：對(duì)隨同本振進(jìn)入的噪聲：微波混頻器電路其中中頻電流成分為：總輸出中頻電流為：對(duì)隨同本31微波混頻器電路在輸出端實(shí)際輸出的噪聲電流為：本振是個(gè)大信號(hào)，其噪聲電平較高，在輸出端被有效抵消可有效改善噪聲性能。對(duì)混頻后產(chǎn)生的高次諧波電流：輸出：n為偶數(shù)的高次諧波電流被完全抵消，只剩下奇次諧波電流，所以電路本身抵消了一半高次諧波電流分量。下面幾種電路都屬于反相平衡混頻器電路：微波混頻器電路本振是個(gè)大信號(hào)，其噪聲電平較高，在輸出端被32微波混頻器電路a）微帶混合環(huán)反相平衡混頻器微波混頻器電路a）微帶混合環(huán)反相平衡混頻器33微波混頻器電路

b）微帶分支線反相平衡混頻器微波混頻器電路b）微帶分支線反相平衡混頻器34微波混頻器電路c）波導(dǎo)正交場(chǎng)平衡混頻器微波混頻器電路c）波導(dǎo)正交場(chǎng)平衡混頻器35微波混頻器電路信號(hào)功率和本振功率分別以（a）（b）方式加入二管：可以看出，信號(hào)功率同相等幅加于二管，本振信號(hào)等幅反相加于二管。本振場(chǎng)和信號(hào)場(chǎng)是互相垂直的，名曰正交場(chǎng)，該混頻器頻帶寬、隔離好圖5-3混頻腔內(nèi)的電場(chǎng)分布(a)信號(hào)電場(chǎng)分布；(b)本振電場(chǎng)分布

微波混頻器電路信號(hào)功率和本振功率分別以（a）（b）方式加入二36微波混頻器電路2、π/2型（90°）移相型平衡混頻器這種混頻器的輸入端是一個(gè)分交電橋，加到兩管上的信號(hào)相位差為π/2。本振也是，故稱π/2移相型平衡混頻器。通過下面分析可知這類混頻器也在輸出端是混頻中頻電流疊加輸出。由圖5-4可知：微波混頻器電路2、π/2型（90°）移相型平衡混頻器37微波混頻器電路本振信號(hào)中頻輸出圖5-4微波混頻器電路本振信號(hào)中頻輸出圖5-438微波混頻器電路混頻電導(dǎo)為：混頻電流為：中頻電流為：微波混頻器電路混頻電導(dǎo)為：39微波混頻器電路輸出中頻電流為：四、其它混頻器電路1、雙平衡混頻器雙平衡混頻器原理電路如下圖所示。四管位于環(huán)行橋四臂，本振和信號(hào)分別加于兩臂，中頻從兩變壓器次極中心抽頭取出。如圖5-5所示：進(jìn)一步還可證明，該類混頻器也能消除本振噪聲和部分高次諧波分量。微波混頻器電路進(jìn)一步還可證明，該類混頻器也能消除本振噪聲和部40微波混頻器電路圖5-5雙平衡混頻器電路（a）低頻電路（b）等效電路微波混頻器電路圖5-5雙平衡混頻器電路41微波混頻器電路優(yōu)點(diǎn)：抑制本振噪聲和高頻互調(diào)干擾更有效。信號(hào)-本振更好隔離。管子動(dòng)態(tài)范圍大，抗燒毀更好。信號(hào)：上信號(hào)反相；上信號(hào)反相；和上相位差π。本振：上本振反相；上本振反相；和上相位差π。2、鏡像回收混頻器在管子輸入端加并、串聯(lián)諧振通路接地（或串、并聯(lián)諧振通路接地），諧振頻率為，形成鏡頻短（開）路，并且位置要調(diào)整到剛好使鏡頻和本振二次混頻后